MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁS SZAKÉRTŐI HÁLÓZATÉPÍTÉS EXPERTEN FÜR ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN NETZWERKAUSBAU

Átírás

1 Forráskoordináció Tudásbázis Tanácsadás Quellenkoordination Wissensbasis Beratung Datenbasis Populärwissenschaft MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁS SZAKÉRTŐI HÁLÓZATÉPÍTÉS EXPERTEN FÜR ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN NETZWERKAUSBAU Adatbázis Ismeretterjesztés KISALFÖLDI VÁLLALKOZÁSFEJLESZTÉSI ALAPÍTVÁNY A projekt az Ausztria-Magyarország Interreg IIIA Közösségi Kezdeményezési Programban, az Európai Unió és a Magyar Köztársaság társfinanszírozásával valósul meg.

2 A projekt Das Projekt Tartalom Inhalt A Kisalföldi Vállalkozásfejlesztési Alapítvány és az Europäisches Zentrum für erneuerbare Energie Güssing GmbH Magyarország-Ausztria INTERREG IIIA program keretében megvalósuló Megújuló Energiaforrás Szakértői Hálózatépítés (AT-HU 0601 / 022) című projektje megújuló energiaforrásokkal, energiahordozókkal kapcsolatban információval, szakmai tapasztalattal rendelkező cégek, szervezetek, szakértők hálózatba kapcsolását tűzte ki célul. Ennek egyik megjelenési formája az alapadatokat, elérhetőségeket és rövid ismertetőt tartalmazó adatbázis, melynek fejlesztéséhez, az adatok gyűjtéséhez az osztrák partner szakértelmére és tudásanyagára építettünk. Ezt ebben a kétnyelvű (német és magyar) papíralapú kiadványban és weben publikáljuk, elérhetővé téve ezzel a témában gyűjtött széleskörű információkat. A rendszer a web-helyen érhető el. A gyűjtött szakértői kör, szándékunk szerint megadja a közös gondolkodás és a közös tudás használatának és egy későbbi, nagyobb volumenű együttműködés keretében történő kamatoztatásának lehetőségét. E projektnek három fontos elvárt kimenete van : a későbbi hálózat kialakításához szükséges adatbázis öszszeállítása, az adatokat kivonatoló népszerűsítő kiadvány papíron és weben, valamint a kapcsolatrendszerre épülő mintapályázat kidolgozása az eredmények alapján. Das Projekt mit dem Titel Experten für erneuerbare Energiequellen Netzwerkausbau realisiert sich im Rahmen des Programms Ungarn-Österreich INTERREG III A Dieses Projekt der Unternehmungsentwicklungsstiftung der Kleinen Tiefebene und Europäisches Zentrum für erneuerbare Energie Güssing GmbH hat zum Ziel gesetzt, Firmen, Organisationen und Experten, die Informationen, Berufserfahrungen über die erneuerbaren Energiequellen, Energieträger haben, ins Netz anzuschliessen. Eine Form ist die Datenbasis, die grundlegende Daten, Erreichbarkeiten und einen kurzen Prospekt enthält. Zur Entwicklung dieser Datenbasis und zum Sammeln der Daten haben wir uns auf die Fachkenntnisse und auf das Wissensmaterial des österreichischen Partners verlassen. Wir punblizieren das in diesem zweisprachigen ( deutsch und ungarisch) Papierprospekt, so machen wir erreichbar die im Thema gesammelten, weit verbreiteten Informationen. Das System kann man auf dem Web-Ort erreichen. Der gesammelte Expertenkreis gibt die Möglichkeit, später auch in größerem Volumen zusammenzuarbeiten. Dieses Projekt hat drei wichtige Aufgaben: Zusammenstellung der Datenbasis, die für einen späteren Netzwerkausbau nötig ist, der Popularisierungsprospekt auf dem Papier und Web, und die Ausarbeitung der Musterbewerbung im Zusammenhang mit dem Beziehungssystem auf Grund der Ergebnisse A projekt Tartalom Előszó Alapfogalmak Energiák, energiahordozók A kimerülő energiahordozók A megújuló energiahordozók A megújuló energiahordozók fajtái A biomassza Hulladék-biomasszák (harmadlagos biomasszák) A biogáz-technológia Napenergia Szélenergia Geotermális energia Vízenergia A környezeti hő, hőszivattyú A megújuló energiák és energiahordozók hasznosítása Energianyerés biomasszából Biomassza égetéses technológiák A biogáz előállításának legelterjedtebb módszerei A napenergia-hasznosítók Napkollektorok Napelem Passzív napenergia-hasznosítás A szélerőművek üzemeltetése A geotermális energiák hasznosítása Energiatermelés hőszivattyúval A vízenergia hasznosítása Összehasonlító értékelés Tendenciák, perspektívák Irodalomjegyzék Das Projekt Inhalt Vorwort Grundbegriffe Energien, Energieträger Die übertreibenden Energieträger Die immer vorhandene Energieträger Die Arten der immer vorhandenen Energieträger Die Biomasse Abfall-Biomassen (tertiäre Biomassen) Die Biogas-Technologie Sonnenenergie Windenergie Geothermische Energie Wasserenergie Umweltwärme, Wärmepumpe Ausnutzung der erneuerbare Energien und Energieträger Energiegewinnung aus Biomasse Technologien mit Biomassen-Verbrennung Die weit verbreiteten Methoden der Biogas-Produktion Die Sonnenenergie-Ausnutzer Sonnenkollektoren Photovoltaik Passive Sonnenenergie-Ausnutzung Die Betreibung der Windkraftwerke Die Ausnutzung der geothermischen Energien Energieproduktion mit Wärmepumpe Die Ausnutzung der Wasserenergie Vergleichende Bewertung Tendenzen, Perspektiven Literaturverzeichnis 2 3

3 C 6,0 Előrejelzés Előszó Az energetikával foglalkozó szakemberek a hagyományos energia-termeléssel és hasznosítással kapcsolatos tevékenységhez igen alapos felkészültséggel rendelkeznek, így az energetika műszaki és technológiai folyamatainak tervezésében, a rendszerek üzemeltetésében teljes biztonsággal tevékenykednek. Az utóbbi időben az energetika tágabb értelmezést nyert, a korábban döntően műszaki és ökonómiai szemléletre alapozott energetikában egyre nagyobb szerepet kap a környezetvédelem, a fenntarthatóság, és az energetika összekapcsolása a környezetgazdálkodás egyéb területeivel. A változások meghatározó oka az a felismerés, hogy a hagyományos energetika alapanyagbázisa (fosszilis energiahordozók) csökkenőben van, illetve a hozzáférhetőség egyre drágább, emellett az energiatermelés hagyományos módjai (fosszilisek égetése) jelentős mértékben lehetnek fokozói, esetenként kiváltói azoknak a környezeti változásoknak, amelyeket ma klímaváltozásként emlegetünk. Napjainkban az energiatermelés jelentős átalakulásban van. Fő cél a CO 2 emisszió csökkentése (CO 2 kvóta bevezetése), és ehhez a hagyományos (hő, áram) energiatermelés mellett ma már a közlekedéshez szükséges energiahordozók előállításában is a megújulók állnak az érdeklődés (és a fejlesztés) középpontjában. A téma különösen Európában aktuális, hiszen Európa között olyan mértékben válik energiaimportálóvá, amely a térség fejlődésének is gátjává válhat. Ezzel függ össze, hogy az EU 2015-ben a felhasznált energiák több mint 20 %-át megújulókból kívánja előállítani. Ebben nagy szerep jut a biomasszának mint hagyományosan hasznosítható energiahordozónak (hőtermelés, áramtermelés, kogeneráció), de nagy mértékben nő a biomassza-bázisú hajtóanyag-felhasználás (biodízel, biobenzin, biogáz, pirogáz) is. Magyarországon a megújuló energiák hasznosításában jelentős elmaradások vannak. Az összes energiafelhasználásnak csak 3,8 %-a megújuló eredetű, a villamosenergia-termelésben is (a közelmúlt gyors fejlődésének megtorpanását követően) csak 4,7 %-a megújuló-eredetű. Az EU tagságból, és nemzetközi szerződéseinkből, valamint a nemzetgazdaság várható fejlődéséből következően Magyarországon is előtérbe kerülnek a megújuló energiák és energiahordozók, melyek hasznosításához (az alapanyagbázis feltárásától annak bővítésén át az energiahasznosítás decentralizált technológiáinak elterjesztéséig olyan szakemberekre lesz szükség, akik a Vorwort Die Energetikspezialisten sind gründlich vorbereitet auf die Tätigkeit im Bereich der Energieproduktion und Energieverwendung, so arbeiten sie mit vollster Sicherheit im Bereich der Planung der technischen und technologischen Vorgänge der Energetik und der Betreibung der Systeme. In der letzten Zeit bekam die Energetik einen weiteren Sinn. In der Energetik, die früher einen technischen und ökonomischen Grund hatte, bekommen der Umweltschutz, die Aufrechterhaltung und die Verbindung der Energetik mit den 2 anderen Bereichen der Umweltwirtschaft immer größere Rolle. Der wichtigste Grund der Veränderungen ist die Erkenntnis, dass sich die Grundstoffbasis der traditionellen Energetik (fossile Energieträger) vermindert, bzw. ist die Zugänglichkeit immer teurer, und die traditionellen Energieproduktionsweisen (Verbrennung der Fossile können die Umweltveränderungen, die wir heute Klimawechsel nennen, steigern und manchmal auch verursachen. Heutzutage verwandelt sich die Energieproduktion. Hauptziel ist es, die CO 2 Emission zu vermindern (Einführung der CO 2 Quote), und dazu stehen die erneuerbare Energien im Mittelpunkt des Interesses und der Entwicklung, neben der traditionellen Energieproduktion (Wärme, Strom) heute schon immer mehr in der Erzeugung der zum Verkehr notwendigen Energieträger. Das Thema ist besonders in Europa aktuell, da Europa zwischen zu einem so großen Energie-Importeur wird, dass es auch die Entwicklung des Raumes verhindern kann. Damit hängt es zusammen, dass die EU 2015 mehr als 20 % der verwendeten Energie aus erneuerbare Energien herstellen will. Hier spielt eine wichtige Rolle die Biomasse, als traditionell nutzbarer Energieträger (Wärmeproduktion, Stromproduktion, Kogeneration), aber die Treibstoffverwendung auf Biomasse-Basis wächst auch. (Biodiesel, Biobenzin, Biogas, Pirogas) In Ungarn gibt es großes Zurückbleiben in der Ausnutzung der erneuerbare Energien. Nur 3,8 % der gesamten Energieverwendung hat einen Ursprung, in der Stromproduktion ist es 4,7 % (nach der Innehaltung der schnellen Entwicklung der jüngsten Vergangenheit. Im Zusammenhang mit der EU-Mitgliedschaft, mit unseren internationalen Verträgen und mit der zu erwartenden Entwicklung der Volkswirtschaft werden auch in Ungarn die immer vorhandenen Energiequellen und Energieträger, zu deren Ausnutzung (von der Aufdeckung der Grundstoffbasis durch deren Erweiterung bis zur Verbreitung der dezentralisierten Technologien der Energieausnutzung) man auch solche Fachleute braucht, die die Eltérés az évek átlagától 4,0 2,0 0,0 Helyettesítő adatok* *Azokat a forrásokat, amelyek nem közvetlen a meteorológiai adatokat, hanem azokra vonatkozó közvetett információkat tartalmaznak helyettesítő ("proxy") forrásoknak, illetve adatoknak nevezik. év / Jahr ábra Abbildung 1. A klímaváltozás tendenciái az MTA VAHAVA kutatási programja szerint. klasszikus energetika szakembereinek partnerei lesznek. Ezeket a szakembereket kívánjuk a megújuló energiák és energiahordozók témában legújabb ismeretekkel segíteni tevékenységük szakszerű ellátásában. Így tehát kiadványunk : megújuló energiákkal, erőforrásokkal foglalkozó szakértők, szervezetek információs igényét igyekszik kielégíteni, és a potenciális felhasználók, beruházók, döntés-előkészítők, döntéshozók tájékozódását és kapcsolat-felvételi lehetőségeit segíti / bővíti. Műszeres megfigyelés Die Tendenzen des Klimawechsels nach dem Forschungsprogramm von MTA VAHAVA Partner der Fachleute der klassischen Energetik. Diesen Fachleuten möchten wir im Bereich der erneuerbare Energien und Energieträger die neuesten Informationen geben. Also unser Projekt : gibt Informationen den Fachleuten und Organisationen, die sich mit den erneuerbare Energien, Kraftquellen beschäftigen, und hilft bei der Orientierung und bei der Kontaktaufnahme der potentiellen Benutzer, der Investore, der Entscheidungsvorbereiter und entscheidungskompetenten Personen. 4 5

4 Alapfogalmak A következőkben röviden összefoglaljuk azokat az alapfogalmakat, melyek felhasználásával a következőkben (ott már külön magyarázat nélkül) a jellemző megújulós megoldásokat bemutatjuk. Technika : Mindazon műszaki megoldások összessége (gépek, eszközök, speciális anyagok) amelyek felhasználásával a megújuló energiák ill. energiahordozók előállítása, kitermelése, hasznosítása megvalósítható. Technológia : azon eljárások, műveletek, folyamatok összessége, amelyek az energia előállítását eredményezik. Alapvető fizikai törvények : A termodinamika első törvénye Az összenergia a világegyetemben vagy annak bármely elszigetelt részében állandó. Az energia egyik formából a másikba átalakulhat, de energiát sem létrehozni, sem megsemmisíteni nem lehet. A termodinamika második törvénye A termodinamika második törvénye szerint egy zárt rendszerben a hasznos munkára felhasználható energia csökken, bár az összenergia állandó A természetes folyamatok során az energia csak alacsonyabb fokú energiává alakulhat át. Erő : a fizikában bármi olyan dolog, ami egy tömeggel rendelkező testet gyorsulásra késztet. Az eredő erő a testre ható összes erő összege. Az erő vektormennyiség, amit az erő hatására történő impulzusváltozás gyorsaságával definiálunk, és így van iránya. Az erő SI-egysége a newton. A tömeg a fizikai testek tulajdonsága, ami a bennük lévő anyag és energia mennyiségét méri. A súlytól eltérően a tömeg mindig ugyanaz marad, akárhová kerül is a hordozója. A tömeg SI mértékegysége a kg A fizikai teljesítmény (jelölése P) a munkavégzés vagy energiaátvitel sebessége, más szóval az egységnyi idő alatt végzett munka. Mértékegysége a W, legismertebb a kw Az energia általános értelemben a változtatásra való képességet, a fizikában a munkavégző képességet jelöli. Egy bizonyos állapotú fizikai rendszer energiája azzal a munka-mennyiséggel (W) adható meg, amellyel valamilyen kezdeti állapotból ebbe az állapotba hozható. Helyzeti és mozgási energiát különböztetünk meg. Munka : fizikai értelemben munkavégzésről beszélünk, ha erő hatására lmozdulás történik. Állandó erő munkája : W = F s Teljesítmény az időegység alatt végzett munka. Állandó erő teljesítménye : P=F v Kémiai energia : az adott anyag kémiai kötéseiben Grundbegriffe Hier fassen wir kurz die Grundbegriffe zusammen, mit deren Nutzung (ohne weitere Erklärung) wir die charakteristischen immer vorhandenen Lösungen präsentieren. Technik : Gesamtheit der technischen Lösungen (Maschinen, Mittel, spezielle Stoffe), mit deren Nutzung die erneuerbare Energien bzw. Energieträger produziert, ausgenutzt werden. Technologie : die Gesamtheit der Verfahren, der Operationen, der Vorgänge, die die Erzeugung der Energie ergeben. Grundlegende physische Regeln : Das erste Gesetz der Thermodynamik : Die Gesamtenergie im Universum oder im isolierten Raumteil des Universums ist konstant. Die Energie kann sich von einer Form in die andere verwandeln, aber man kann Energie weder zustande bringen, noch vernichten. Das zweite Gesetz der Thermodynamik : Nach dem zweiten Gesetz der Thermodynamik vermindert sich die auf die nützliche Arbeit anwendbare Energie, obwohl die Gesamtenergie konstant ist. Im Laufe der natürlichen Prozesse kann sich die Energie nur in Energie im niedrigeren Grad verwandeln. Kraft : in der Physik alle Dinge, die einen Körper mit Masse zur Beschleunigung zwingen. Die resultierende Kraft ist die Gesamtheit aller Kräfte, die auf den Körper wirken. Die Kraft ist eine Vektorgröße, die Richtung hat. Die Maßeinheit der Kraft in SI ist newton. Die Masse ist die Eigenschaft der physischen Körper, die die Größe der Materie und der Energie in den Körpern misst. Nicht wie bei dem Gewicht, die Masse bleibt immer gleich, wohin ihr Träger auch kommt. Die Maßeinheit der Masse in SI ist kg. Die physische Leistung (Zeichen : P) ist die Geschwindigkeit der Leistung oder der Energieübertragung, also sie ist die Leistung, die man während einer Einheitszeit macht. Ihre Maßeinheit ist W, am bekanntesten ist kw. Die Energie ist im allgemeinen Sinne die Fähigkeit zur Veränderung, in der Physik bedeutet sie die Leistung. Die Energie eines physischen Systems ist die Arbeitsmenge, mit deren Hilfe sie vom Anfangszustand zum Endzustand kommen kann. Es gibt potenzielle Energie und Bewegungsenergie. Die Arbeitsleistung ist im physischen Sinne, wenn es eine Verschiebung mit Hilfe der Kraft passiert. Die Arbeitsleistung der ständigen Kraft : W = F s Die Leistung ist die Arbeitsleistung, die man während einer Einheitszeit macht. Die Leistung der ständigen Kraft : P=F v rögzült, de kémiai vagy más folyamatok közben felszabaduló energia. Pl. : szerves anyagok kémiai energiájának felszabadítása oxidációval (égetés). Energiatartalom : adott anyagban vagy szerkezetben felhalmozott (kémiai, helyzeti, mozgási) energia, amely átalakítással kinyerhető. Tüzelőanyagok energiatartalma : a tüzelőanyagokban az energia kémiai kötések formájában van jelen, amit hagyományos módon oxidációval nyerünk ki. Az energiatartalom mértékegysége a fűtőérték, mértékegysége J / g, MJ / kg. Primer energia : energiamennyiség, amelyet a termékenergia előállításához felhasználunk. Szekunder energia : energia, amelyet a primerenergia felhasználásával előállítunk. Hatásfok : energiahordozó hasznosításakor a kinyert energia és az eredeti energiatartalom hányadosa. %-ban is megadható. Értéke 1- nél ill. 100 %-nál nagyobb nem lehet. Energiamérleg : az energiahordozó energiatartalmának és az energiahordozó előállításához (kitermelés, termesztés) felhasznált primer energiák aránya. (E / Einp.) Energia-többszörösnek is nevezik. Emissziók : az energiatermelés közben a folyamatokból kilépő szilárd, folyékony és légnemű anyagok, hulladékenergiák. Jellemzőik a környezetvédelem szempontjából fontosak. Szilárd emissziók : a tüzelőanyagok égetésekor keletkező szilárd anyagok összessége (hamu, salak és szállópor). Folyékony emissziók : az égés közben keletkező, és a gázokból harmatpont alatt kicsapódó vízgőz, szerves és szervetlen savak, egyéb folyékony anyagok (kátrány, stb.). Gázemissziók : azok a gázok, melyek a tüzelőanyagok éghető elemeinek oxidációjával (CO 2, SO 2 ), az égést tápláló levegő nitrogénjének oxidációjával (NO x ) jönnek létre, illetve a tüzelőberendezésen vagy más energiatermelőn (motor) változatlan formában átáramlik (N). Üvegházhatás : az üvegházhatás a Földre érkező napenergia visszasugárzását csökkentő folyamat, amely a levegőbe kerülő gáz- és gőz halmazállapotú anyagok hatására jön létre. Hatására a Föld légkörében többletenergia halmozódik fel, és környezeti jellemzők megváltozását eredményezi. Legfontosabb gázok : CO 2, CH 4 és a vízgőz. Körfolyamatok : az energetikában az energiahordozók előállítása, az energiatermelés és hasznosítás mindig körfolyamatokban megy végbe. A körfolyamatok lehetnek biológiai vagy energetikai körfolyamatok. Egy-egy körfolyamon belül energiaáramok vagy anyagáramok jellemzők. Ismertek a nagy energetikai körfolyamatok (Pl. CO 2 körforgalom), illetve a rendszer körfolyamok (Pl. : hőhordozók körfolyama hőtermelésben). Energiák : az energiák eredeti állapotukban hasznosulnak vagy hasznosíthatók természetes vagy termelő folyamatokban. Ilyenek : nap hő, mágneses tér, gravitáció. Energiahordozók : energiatartalmú anyagok, melyek kötött vagy hordozott energiája kémiai, mechanikai eljárásokkal kinyerhető (tüzelőanyagok elégetése, szélenergia mechanikai úton történő hasznosítása, stb.). Energiaellátás : felhasználói igények kielégítése a Chemische Energie : die in chemischen Bindungen befestigte, aber während chemischer oder anderer Prozesse frei werdende Energie. Z.B. : die Befreiung der chemischen Energie organischer Stoffe durch Oxidation (Verbrennung). Energiegehalt : die in einem gegebenen Stoff oder einer Konstruktion gesammelte (chemische, potentielle und Bewegungs-) Energie, die durch Veränderung gewinnbar ist. Energiegehalt der Brennstoffe : in den Brennstoffen ist die Energie in Form von chemischen Bindungen, die traditionell durch Oxidation gewinnbar ist. Die Maßeinheit des Energiegehalts ist der Brennwert : J / g, MJ / kg. Primäre Energie : Energiemenge, die zur Erzeugung der Produktenergie verwendet wird. Sekundäre Energie : Energie, die mit Verwendung der primären Energie erzeugt wird. Leistungsgrad : der Quotient der gewonnenen Energie und des ursprünglichen Energiegehalts bei Ausnutzung der Energieträger. In % kann er auch angegeben werden. Sein Wert kann nicht größer als 1 bzw. 100 % sein. Energiebilanz : das Verhältnis des Energiegehalts der Energieträger und der primären Energien (Erzeugung). (E / Eimp). Sie wird auch Energie-Vielfache genannt. Emissionen : feste, flüssige und luftartige Stoffe, Abfallenergien. Feste Emissionen : Gesamtheit der festen Stoffe (Asche, Schlacke, Staub) Flüssige Emissionen : während Verbrennung und aus den Gasen unter Taupunkt ausscheidender Wasserdampf, organische und anorganische Säuren, andere flüssige Stoffe (Teer usw.) Gasemissionen : die Gase, die durch die Oxidation der Brennstoffe und des Stickstoffes entstehen (CO 2, SO 2, NO X ), beziehungsweise durch Heizvorrichtung oder anderen Energieerzeuger (Motor) unverändert strömt.(n) Treibhauseffekt : ein Prozess, der die Zurückstrahlung der auf die Erde kommenden Sonnenenergie vermindert, er entsteht durch gasförmige und dampfförmige Stoffe, die in die Luft kommen. Durch den Treibhauseffekt sammelt sich in der Erdatmosphäre Energieüberschuss, und das ergibt Veränderungen in der Umweltcharakteristik. Die wichtigsten Gase : CO 2, CH 4,und der Wasserdampf. Zirkulationsprozesse : in der Energetik gehen die Erzeugung der Energieträger, die Energieproduktion und Ausnutzung in Zirkulationsprozessen. Sie können biologische oder Energetikprozesse sein. Innerhalb eines Zirkulationsprozesses sind Energieströmungen oder Stoffströmungen. Bekannt sind die großen Energetikprozesse (z.b. CO 2 Zirkulation), beziehungsweise Systemprozesse (z.b. der Prozess Hitzeträger) Energien : sie sind nützlich in ihrem originellen Zustand oder sie sind verwendbar in natürlichen oder produktiven Prozessen. Solche z. B : Sommerhitze, Magnetfeld, Gravitation. Energieträger : Stoffe mit Energie, deren Energie ausgewinnbar ist mit chemischen, mechanischen Methoden. (Verbrennung der Brennstoffe, Ausnutzung der Windenergie usw.). Energieversorgung : die Ansprüche der Benutzer nach ihren Anforderungen befriedigen Aufrechterhaltbare Energieversorgung : Befrie- 6 7

5 felhasználó által támasztott követelményeknek megfelelően. Fenntartható energiaellátás : a felhasználói igények kielégítése a felhasználói igények figyelembe-vételével, a tartamos energiagazdálkodás lehetőségei és az ökológiai követelmények korlátai által definiált feltételek között. Az energiák és energiahordozók a készletek és a felhasználás szempontjából három nagy csoportra oszthatók : fosszilisek, megújulók, egyéb energiák. Zárt rendszerek : zárt energetikai rendszerekben a fogyasztói igények kielégítése közben előállított főtermék mellett keletkező melléktermékek az energiatermelést közvetlenül vagy közvetve szolgáló alrendszerekbe visszaforgatásra, vagy azokban hasznosításra kerülnek (pl. : kogeneráció). Nyitott rendszerekben a cél a főtermék előállítása, a melléktermékek nem, vagy csak részben hasznosulnak (pl. : áramtermelés a hulladék hő elhűtésével). Energiák, energiahordozók Az energiák és energiahordozók a készlet / felhasználás kapcsolatban kimerülő illetve megújuló (megújítható) csoportba oszthatók. A kimerülők csoportjába sorolhatók a meghatározott földi készletekkel rendelkező fosszilis és a nukleáris (hasadásos technológiával) energiahordozók, míg megújulók a napenergia közvetlen és közvetett hasznosításából származó energiák, a nukleáris eredetű föld hő és a környezeti hőenergiák. A kimerülő energiahordozók A nukleáris energia helye és szerepe még hosszú ideig meghatározó lesz a villamosenergia-termelésben. A későbbiekben még előnyként jelentkezik az a tény is, hogy a nukleáris energiatermelés viszonylag alacsony (járulékos) CO 2 emisszióval folytatható, de a nagy környezeti hőterhelés, a növekvő hasadóanyag ár és az igen bonyolult környezetvédelmi hatások miatt egyre drágább lesz a vele előállított villamos energia. A fosszilis energiahordozók (szén, kőolaj, földgáz) alapanyagai a korábbi földtörténeti korokban biológiai folyamatok eredményeként jöttek létre (napenergia segítségével CO 2 -ból szerves vegyületekben karbon megkötés), és ezek az anyagok biológiai, geológiai, és termikus hatásokra fosszilis energiahordozókká alakultak. A fosszilis energiahordozókban tehát az évmilliókkal ezelőtt megkötött légköri CO 2 karbonja és az egyéb vegyületek CH-je az energiahordozó. Felhasználásokkal járó legnagyobb probléma az, hogy az elégetésükkor CO 2 szabadul fel, amelynek újbóli megkötéséhez a jelenlegi földi fotoszintetizáló kapacitás nem elegendő, a légkörben halmozódó CO 2 -többlet üvegházhatást kelt. A megújuló energiahordozók Jellemzője az, hogy felhasználásuk nem jár a készletek csökkenésével, és belőlük az energianyerés CO 2 -mentes (csak járulékos CO 2 emisszió történik), vagy CO 2 -neutrális. A CO 2 -mentes megújulók a nap- a szél-, a víz-, a geotermális-, és a környezeti-hő energia. digung der Ansprüche der Benutzer unter den Bedingungen der Energiewirtschaft und der Ökologie. Die Energien und Energieträger haben 3 große Gruppen : fossile, vorhandene, sonstige Energien. Geschlossene Systeme : in den geschlossenen Systemen kommen die Nebenprodukte in die Untersysteme zur Zurückbildung oder zur Ausnutzung. (z.b. Kogeneration) Geöffnete Systeme : hier ist das Ziel, den Hauptprodukt herzustellen, die Nebenprodukte werden nicht nützlich, oder nur zum Teil. (z.b. Stromerzeugung mit Abkühlung der Abfallhitze) Energien, Energieträger Sie können übertreibend oder immer vorhanden sein. In die Gruppe der übertreibeneden Energieträger werden die fossilen und die nuklearen Energieträger eingeteilt, und die immer vorhandenen Energieträger sind, die aus der Sonnenenergie stammen, nukleare Erdhitze und die Wärmeenergie in der Umwelt. Die übertreibenden Energieträger Die Nuklearenergie : ihre Stelle und Rolle wird noch lange bedeutend in der Stromerzeugung. Ein Vorteil : Nuklearenergie kann mit wenig CO 2 Emission erzeugt werden Aber der aus der Nuklearenergie stammende Strom wird immer teurer wegen der Wärmebelastung der Umwelt, des zunehmenden Spaltmaterialpreis und der sehr komplizierten Umweltschutzwirkungen. Die fossilen Energieträger : (Kohle, Erdöl, Erdgas). Die Grundstoffe entstanden in den früheren Erdgeschichtsperioden durch biologische Prozesse, (mit Hilfe der Sonnenenergie), und diese Stoffe wandelten sich in fossile Energieträger durch biologische, geologische und thermische Wirkungen. Also in den fossilen Energieträgern sind die Energieträger : der Kohlenstoff des CO 2 und CH der sonstigen Verbindungen. Das größte Problem ist es, daß bei ihrer Verbrennung CO 2 entsteht. Zur Wiederbindung reicht die jetzige Erdphotosynthese nicht, und der in der Atmosphäre zunehmende CO 2 - Überschuss erregt Treibhauseffekt. Die immer vorhandene Energieträger Ihre Ausnutzung hängt nicht mit der Verminderung der Vorräte zusammen, und die Energiegewinnung ist CO 2 - frei, oder CO 2 -neutral. (Es geschieht nur CO 2 - Emission) Die immer vorhandene CO 2 -freie Energieträger sind Sonnen-, Wind-, geothermische, und Umweltwärmeenergie. Die immer vorhandene, CO 2 -neutrale Energieträger ist die Biomasse, durch deren Ausnutzung, (Verbrennung) CO 2 zwar frei wird, aber die Bindung dieses CO 2 in der Biomasseproduktion in kurzer Zeit erstarrt, während der Photosynthese wird auch O 2 frei. Deshalb nennen wir die Biomasse einen zur CO 2 -neutralen Energieerzeugung geeigneten Stoff. Die wirkliche Ersparung der CO 2 -Emission erfolgt, wenn man mit der Biomasse fossilen Energieträger auslöst. In der Energiewirtschaft wollen wir heutzutage die erneuerbare Energien und Energieträger ausnutzen, wenn Exajoule / év Exajoule / Jahr Egyéb Ár-apály energia Napenergia Új biomassza Szélenergia Vízenergia Hagyományos biomassza Atomenergia Földgáz Kőolaj Sonstiges Ebbe-Flut Energie Sonnenenergie Neue Biomasse Windenergie Wasserenergie Traditionelle Biomasse Kernenergie Erdgas Erdöl Kohle év / Jahr ábra Abbildung 2. A világ várható energiafelhasználása, és ebben a megújulók várható szerepe (a Shell cég adatai alapján). CO 2 -neutrális megújuló, illetve bővítetten megújítható energiahordozó a biomassza, amelynek hasznosítása (égetés) közben a fotoszintézissel megkötött CO 2 ugyan felszabadul, de ennek a CO 2 -nek a megkötése a biomassza-termelésben rövid időn belül megkötődik, emellett a fotoszintézis közben O 2 is felszabadul. Mindezek alapján a biomasszát CO 2 -neutrális energiatermelésre alkalmas anyagnak tekintjük. A tényleges CO 2 -emisszió megtakarítás akkor következik be, ha a biomasszával fosszilis energiahordozót váltunk ki. Az energiagazdálkodásban, napjainkban a megújuló energiák és energiahordozók hasznosítására törekszünk, mert ezek használata esetén : csökken a CO 2 emisszió ; csökkenthető a fosszilis energiahordozók kitermelésével kapcsolatos káros környezeti hatás ; csökkenthető az energiaellátás bizonytalansága ; a biomasszák energetikai hasznosítása esetében pedig növelhető a mezőgazdaság jövedelmezősége, a vidéki munkaerő foglalkoztatottsága, a racionális földhasznosítás, a lokális energiatermelés aránya úgy, és a biológiai eredetű hulladékok energetikában történő hasznosítása (biogáz-termelés) esetében hatékony környezetvédelem is megvalósul. Szén Bevorstehender Energieverbrauch der Welt und die zu erwartende Rolle der immer vorhandenen Energieträger (nach den Daten der Firma Shell). man diese ausnutzt : vermindert sich die CO 2 -Emission können die Umweltschäden vermindert werden kann die Unsicherheit der Energieversorgung vermindert werden können die Einträglichkeit der Landwirtschaft, die Beschäftigung der ländlichen Arbeitskraft, die rationelle Feldausnutzung, die lokale Energieproduktion, die Ausnutzung der Abfälle in der Energetik und der Umweltschutz erhöht werden 8 Energiák, energiahordozók Energien, Energieträger Energiák, energiahordozók Energien, Energieträger 9

6 A megújuló energiahordozók fajtái A biomassza Die Arten der immer vorhandenen Energieträger Die Biomasse 3. ábra Abbildung 3. Energetikai faültetvény (nemesnyár 2 éves) Die Biomasse ist der Stoff, der während der biologischen Prozesse entsteht, sie bauen die lebenden Organismen, bzw. sie sind Produkte oder Nebenprodukte ihrer Existenz, ihres Absterbens, ihrer Verwandlung. Kennwerte, Arten der Biomassen (sie werden in 3 Gruppen eingeteilt) : Die primären Biomassen entstehen durch Photosynthese, wenn organische Verbindungen (Lignozellulosen) in den Pflanzen mit der Sonnenenergie und mit der Bindung des CO 2 der Atmosphäre entstehen. In den Kohlenverbindungen ist die Energie (Sonnenenergie) in Form von chemischer Energie. Die sekundären Biomassen entstehen durch Verwandlung der primären Biomassen (Fette, Eiweiße) Die tertiären Biomassen sind Abfälle, Nebenprodukte, die während der Erzeugung, der Verarbeitung, der Ausnutzung, des Absterbens, des Zerfalls der primären Biomassen entstehen. (Dünger, Nahrungsmittelindustrieabfälle, Klärschlamm usw.) Die Biomassen können fest (Lignozellulosen) und flüssig (Öl, Dünger) sein. Energieinhalt der Biomassen Energetische Baumpflanzung (Edelpappel, 2 Jahre alt) 4. ábra Abbildung 4. Energianád (miscanthus) ültetvény képe (Tata) Biomasszának nevezzük azokat a biológiai folyamatok közben létrejövő anyagokat, amelyek az élő szervezeteket alkotják, illetve azok létének, elhalásának, átalakulásának termékei vagy melléktermékei. A biomasszák jellemzői, fajtái (három fő csoportjukat különítjük el) : A primer biomasszák a fotoszintézis eredményeként jönnek létre, amikor a növényekben a napenergia felhasználásával és a légkör CO 2 jének megkötésével szerves vegyületek (lignocellulózok) jönnek létre. A keletkező, döntően szénvegyületekben az energia (napenergia) kémiai energia formájában tárolódik. A szekunder biomasszák a primer biomasszáknak a nem asszimiláló élőlények (állatok, mikrobák) által történő átalakításával jönnek létre (fehérjék, zsírok). A tercier biomasszák a primer biomasszák előállítása, feldolgozása, felhasználása, elhalása, bomlása közben keletkező hulladékok / melléktermékek (trágya, élelmiszeripari hulladékok, szennyvíziszap, stb.). A biomasszák lehetnek szilárdak (lignocellulózok) és folyékonyak (olaj, hígtrágya, stb.). Energia-tartalmuk a bennük levő C és H 2 mennyiségétől függ. A lignocellulózok fűtőértéke a nedvességtartalom (w = 50-0 %) függvényében 8-22 MJ / kg. Az olajok fűtőértéke MJ / kg. A biomasszák hazánkban különböző formákban állnak rendelkezésre. Lehetnek melléktermékek és főtermékek : A melléktermék-jellegű primer biomasszák a tűzifa, az erdészeti fakitermelési hulladékok (gally, vágástéri hulladékok, nevelővágások kis értékű faanyaga), a primer faipari feldolgozási hulladékok (fűrészpor, kéreg, stb.), a mezőgazdasági növényi szárak (szalma, kukoricaszár, maghéj, csutka, stb.), kertészeti nyesedékek (gally, venyige, stb.). Főtermék primer biomasszák az energetikai ültetvényekről származó lignocellulózok. Az energetikai ültetvényeket azzal a céllal létesítik, hogy rajtuk biomasszát termesszenek. Az ültetvényeket mezőgazdasági területeken létesítik akkor, ha a velük elérhető eredmény meghaladja a hagyományos növénytermesztéssel elérhető eredményeket, és akkor, ha a termékre hosszú távon garantált igény van. Az energetikai ültetvények sokféle növénnyel létesíthetők. A legfontosabb megoldások a következők : lágyszárúakkal - egynyári - évelő - fűfélék, - nádfélék, - gumósak, stb. fás növényekkel - cserjék - bokorfélék - fa alakúak létesített ültetvények. Az energetikai ültetvények GJ / (ha év) energiahozammal üzemeltethetők, az energiahordozó előállítása i=5-7,5 energia-többszörössel folytatható. Energierohr (miscanthus) Pflanzung (Tata) hängt von der Quantität des C und H 2. Brennwert der Lignozellulosen ist 8-22 MJ / kg. Brennwert der Öle MJ / kg Die Biomassen bei uns in Ungarn stehen in verschiedenen Formen zur Verfügung. Sie können Nebenprodukte und Hauptprodukte sein : primäre Biomassen als Nebenprodukte : Brennholz, Forstabfälle (Zweig, Abfälle auf dem Schnittfeld, Erziehungsschnitte), primäre Forstabfälle (Sägemehl, Rinde, usw.), landwirtschaftliche, pflanzliche Halme (Stroh, Maishalm, Samenschale, Kerngehäuse, usw.), Gartenabschnitte (Zweig, Rebe usw.) primäre Biomassen als Hauptprodukte sind die Lignozellulosen, die von den Energetikanlagen stammen. Energetikanlagen werden gegründet, um da Biomasse anzubauen. Die Anlagen werden auf landwirtschaftlichen Gebieten gegründet nur dann, wenn die Ergebnisse besser sind, als die traditionellen Ergebnisse, und dann, wenn es garantierte Ansprüche für lange Zeit auf die Produkte gibt. Energetikpflanzungen können mit vielen Pflanzensorten gegründet werden. Die wichtigsten Lösungen sind folgende : weichhalmige Pflanzen - einjährige - ausdauernde - Grasarten, - Rohrarten, - Knollige usw. baumartige Pflanzen - Sträuche - Buscharten - Baumförmige Die Energetikpflanzungen sind mit einem Energieertrag GJ / (ha Jahr) in Betrieb zu halten. Erzeugung des Energieträgers ist mit dem Vielfache F5-7,5 zu machen. 10 A biomassza Die Biomasse A biomassza Die Biomasse 11

7 Hulladék-biomasszák (harmadlagos biomasszák) Az emberi élettevékenységhez (szennyvíz, szerves hulladékok), az állattartáshoz (trágyák) az élelmiszer-feldolgozáshoz (vágóhídi hulladékok, moslékok) jelentős mennyiségű hulladék keletkezése kapcsolódik. Ezek mint hulladékok korábban hulladéklerakókra kerültek, és ott igen nagy mennyiségű metán (CH 4 ) keletkezése mellett lebomlottak. (Ismert, hogy a metán több min 20-szor intenzíven üvegházhatás-keltő gáz, mint a CO 2 ). Az EU csatlakozást követően a szerves hulladékok lerakóra vitele korlátozott, a szennyvíztisztítás mértéke (és így a szennyvíziszap mennyisége) jelentősen nő, az állattartáshoz kapcsolódó trágyakezelési technológiák is szigorodnak, és a hulladékkezelésben rövidesen megvalósul a szerves bomló anyagok elkülönített gyűjtése. Az így megjelenő hatalmas szervesanyag-mennyiség csak megfelelő technológiával ártalmatlanítható, és ez a biogáz-termelés. Ezen technológia alkalmazása során az alapanyag anaerob körülmények között bomlik (60 % CH 4, 40 % CO 2 ), és a keletkező biogáz MJ / m 3 fűtőértékű. Magas energiatartalma révén alkalmas motorokhoz hajtóanyagnak, és közvetlen égetéssel kazánokban meleg- vagy forró víz, illetve gőz előállítására. A gázmotorokkal villamos áram termelhető, a gőz hőszolgáltatásban, turbinás áramtermelésben vagy kogenerációban hasznosítható. A biogáz-technológia egyrészt a bio hulladékok által okozott környezetterhelést csökkenti, másrészt jelentős mennyiségű megújuló energiaforrás kihasználását eredményezi. Mindkét szempont rendkívül fontos, hiszen a biológiai eredetű hulladékok mennyisége a jövőben jelentősen nő, mert - a Hulladékgazdálkodási Törvény előírásai szerint a kommunális hulladékban a szervesanyag-hányadot jelentősen csökkenteni kell, - az élelmiszertermelésben és az étkeztetésben keletkező hulladékokat a hagyományos módon (pl. : moslék) a jövőben már nem lehet felhasználni. az energiagazdálkodás területén pedig jelentősen nő a megújuló energiahordozók szerepe. Az ország energiamérlegében a megújulók arányát a jelenlegi 3.4 %-ról 2010-re 6 %-ra, 2015-re 12 %-ra kell növelni. Ebben programban jelentős szerep juthat a biogáz termelésnek. Hazánkban a legnagyobb mennyiségű bio hulladék az állattartásból származó trágyából keletkezik. Az állati trágya, ezen belül elsősorban a sertés hígtrágya a jelenlegi trágyakezelési technológiák mellett még jelentős környezetszennyezést okoz. A helytelen trágyakezelés költséges és a felszíni és felszín alatti vízkészletek fő szennyezője. A településeken keletkező kommunális hulladék %-a biológiailag bontható szerves anyag. Ennek döntő többségét ma még közvetlen talaj, talajvíz és levegőszennyezést okozó szeméttelepeken helyezzük el. A csapadék hatására kioldódó anyagok talaj, talajvíz ezen keresztül pedig felszíni és felszín alatti vízkészlet szenynyezést okoznak. A hulladék hegyekben lejátszódó Abfall-Biomassen (tertiäre Biomassen) Zu den menschlichen Tätigkeiten (Abwasser, organische Abfälle), zur Viehhaltung (Dünger), zur Lebensmittelverarbeitung (Abfälle vom Schlachthof, Spülicht) gehören Abfälle. Diese Abfälle sind früher auf den Müllabladeplatz gekommen, und da sind sie zerfallen bei viel Methan (CH 4 ). (Es ist bekannt, daß das Methan 20-mal intensiver Treibhauseffekt-erregendes Gas ist, als CO 2. Nach dem EU-Anschluß vermindert sich das Abladen des Mülls auf den Müllabladeplatz, die Abwasserreinigung nimmt zu, (so auch die Quantität des Klärschlamms), die zur Viehhaltung gehörenden Düngerbehandlungstechnologien werden immer strenger, in der Abfallbehandlung realisiert sich bald das getrennte Sammeln der organischen zerfallenden Stoffe. Die so erscheinenden, vielen, organischen Stoffe sind nur mit Hilfe der geeigneten Technologie unschädlich zu machen, und das ist die Biogas-Erzeugung. Durch diese Technologie zerfällt der Grundstoff unter anaerob Umständen (60 % CH 4, 40 % CO 2 ) und das Biogas hat Brennwert von MJ / m 3. Das Biogas hat einen hohen Energieinhalt, es ist für Treibgas zu den Motoren, für Erzeugung vom heißen Wasser bzw. Dampf geeignet. Mit den Gasmotoren kann Strom erzeugt werden, der Dampf ist in der Heizung, in der Stromerzeugeung mit Turbine oder in der Kogeneration auszunutzen. Die Biogas-Technologie vermindert die Umweltbelastung durch Bio-Abfälle, und ergibt Ausnutzung der immer vorhandenen Energiequellen. Beide Ausgangspunkte sind sehr wichtig, denn in der Zukunft nimmt die Quantität der biologischen Abfälle sehr zu, - denn der organischer Stoff-Teil in dem kommunalen Abfall soll nach dem Abfallwirtschaftsgesetz bedeutend vermindert werden, - und die Abfälle von der Lebensmittelproduktion und von der Speisung dürfen in der Zukunft nicht mehr traditionell (z. B. Spülicht) ausgenutzt werden. Im Bereich der Energiewirtschaft haben die immer vorhandenen Energieträger immer größere Rolle. In der Energiebilanz des Landes muss der Teil der immer vorhandenen Energieträger vom jetzigen 3.4 % auf 2010 auf 6 % auf 2015 auf 12 % erhöht werden. In diesem Programm kann die Biogas-Erzeugung eine bedeutende Rolle bekommen. In unserem Land entstehen die meisten Bio-Abfälle durch Dünger aus der Viehhaltung. Der tierische Dünger, vor allem der dünne Schweindünger verursacht heute noch große Umweltverschmutzung auch noch bei heutigen Technologien der Düngerbehandlung. Die nicht richtige Düngerbehandlung ist sehr teuer, und sie verschmutzt am meisten die Gewässer über und unter der Erdoberfläche. In den Siedlungen ist % der kommunalen Abfälle biologisch auflösbarer organischer Stoff. Die Mehrheit dieser Abfälle unterbringen wir auf den Müllablageplätzen, die direkt Boden-, Grundwasser-, und Luftverschmutzung verursacht. Die durch Niederschlag auslösenden Stoffe verursachen Boden-, Grundwasser-, und dadurch Wasservorratverschmutzung. In den Abfallbergen entsteht Deponiengas (Methan CH 4, Kohlendioxid CO 2 ) durch szerves anyag lebontási folyamatok révén igen jelentős a keletkező depónia gáz (metán CH 4, széndioxid CO 2 ), melyek a legerőteljesebb üvegházhatást okozó gázok. A kommunális szennyvizek jelentik a bio hulladékok következő nagyságrendjét. A biológiai szennyvíztisztítás során keletkező úgynevezett fölös iszap igen magas szerves anyag tartalmú. A szennyvíztelepek iszapkezelése ma még jelentős arányban megoldatlan. Az élelmiszeripar, ezen belül elsősorban a vágóhidak termelik a bio hulladékok igen jelentős volumenét, melyek gyakorlatilag veszélyes hulladéknak minősülnek. Ártalmatlanításuk így jelentős költséget igényel. Különös figyelemmel kell lenni a vágóhídi hulladékok és az állati hullák ártalmatlanítása során az állategészségügyi problémák megelőzésére. A bio hulladékoknak, keletkezési helyüktől és körülményeiktől függetlenül közös tulajdonságuk, hogy biotechnológiai eljárásokkal a költséges ártalmatlanítás helyett energiatermelésre és a mezőgazdaságban tápanyag utánpótlásra hasznosíthatók. Hazánkban a rendelkezésre álló névleges potenciál PJ / év. A hasznosítható mennyiség PJ / év. Jelenleg kb. 35 PJ / év potenciált hasznosítunk. A biomassza környezetbarát, viszonylag tiszta energiahordozó. A egyedül a primer biomasszákra jellemző, hogy létrejöttükkor a környezetbe oxigént juttatnak. A tercier biomasszák energetikai hasznosítása az emberi léthez kapcsolódó környezetterhelést csökkenti, és foszszilis energiahordozókat vált ki, ezért részlegesen tiszta energiatermelést tesz lehetővé. Napenergia A földi élet meghatározó energiaforrása a Nap. A jelenleg használatos fosszilis energiahordozók is a korábbi földtörténeti időszakokban bekövetkezett energiamegkötés eredményei, de napjainkban is közvetlen vagy közvetett módon a Napból nyerjük a felhasznált energia nagy részét. A Napból széles hullámhossz-tartományban (spektrum) érkezik sugárzás, amelynek rövid hullámhosszú sávja a kemény sugárzás (pl. : UV), és elsősorban fényenergiaként hasznosul, másik része a hosszú hullámhosszú sugárzás (infravörös), és mindenek előtt hő formájában hasznosul. A Nap által kisugárzott energia forrása a hidrogén héliummá történő átalakulásakor (fúzió) keletkező tömeghiány energiává alakulása. A Nap tehát egy óriási fúziós reaktor, amelyben másodpercenként 4 millió tonna hidrogén alakul át héliummá. Ennek az óriási, elektro-mágneses hullámok formájában kisugárzott energiának csak kis része, TW érinti a Földet, ami több ezerszeresen meghaladja az emberiség jelenlegi energiaigényét. (Magyarországon egy nyári intenzív napsütéses időszakban 1 óra alatt érkezik annyi energia, mint amennyi az ország teljes éves energiaigénye.). A napenergia hasznosulásának több területe különíthető el. (lásd az 5. ábrát). A napenergia hasznosítása alatt jelen esetben az aktív és a passzív hasznosítást értjük. A napenergia gyakorlatilag korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre, de jelenléte esetleges, ezért önálló Zerfallprozesse des organischen Stoffes. Diese gase verursachen sehr stark Treibhauseffekt. Die kommunalen Abwässer ergeben die nächste Gruppe der Bio-Abfälle. Der sogenannte übrige Schlamm, der durch biologische Abwasserreinigung entsteht, enthält relativ viele organische Stoffe. Die Schlammbehandlung der Müllablageplätze ist heutzutage noch nicht gelöst. Die Lebensmittelindustrie, hier vor allem die Schlachthöfe produzieren die Mehrheit der Bio-Abfälle, die praktisch gefährliche Abfälle sind. Sie unschädlich zu machen, kostet viel Geld. Während man die Abfälle vom Schlachthof und die Kadaver unschädlich macht, muss man auch darauf achten, dass die Tiergesundheitsprobleme vorbeugt werden. Gemeinsame Eigenschaft der Bio-Abfälle ist es, dass sie unabhängig von ihrem Entstehungsort und Entstehungsumständen mit biotechnologischen Methoden für Energieerzeugung und in der Landwirtschaft für Nachschub an Nährstoff ausnutzbar sind. In unserem Land ist das zur Verfügung stehende nominelle Potential PJ / Jahr. Die ausnutzbare Quantität ist PJ / Jahr. Jetzt nutzen wir zirka 35 PJ / Jahr Potential aus. Die Biomasse ist ein umweltfreundlicher, relativ sauberer Energieträger. Nur für die primären Biomassen ist es charakteristisch, dass sie in die Umwelt Sauerstoff lassen. Die energetische Ausnutzung der tertiären Biomassen vermindert die zum Menschenleben gehörende Umweltbelastung und ergibt fossile Energieträger, deshalb ermöglicht sie zum Teil saubere Energieerzeugung. Sonnenenergie Bestimmende Energiequelle des Lebens auf der Erde ist die Sonne. Auch die jetzigen fossilen Energieträger sind Ergebnisse der Energiebindung in den früheren Erdgeschichtsperioden, aber wir gewinnen auch heute direkt oder indirekt den größten Teil der genutzten Energie aus der Sonne. Aus der Sonne kommt Strahlung im breiten Wellenlängebereich (Spektrum), deren kurzer Wellenlängestreifen ist die harte Strahlung (z.b. UV), und sie wird nützlich vor allem als Lichtenergie, der andere Teil ist die lange Wellenlängestrahlung (infrarot), sie wird nützlich als Wärme. Die Quelle der von der Sonne ausgestrahlten Energie ist die Verwandlung des Hydrogens ins Helium. Die Sonne ist also ein riesengroßer Fusionreaktor, in dem sich pro Sekunde 4 Millionen Tonne Hydrogen ins Helium verwandelt. Nur ein kleiner Teil dieser riesengroßen ausgestrahlten Energie, TW, berührt die Erde, und das übersteigt tausendmal den jetzigen Energieanspruch der Menschheit. (In Ungarn kommt in einer intensiven sommerlichen Sonnenscheinphase in einer Stunde so viel Energie, wie man im ganzen Jahr braucht. Es gibt mehrere Bereiche der Ausnutzung der Sonnenenergie. (siehe Abbildung 5.) Die Ausnutzung der Sonnenenergie bedeutet hier die passive und die aktive Ausnutzung. Die Sonnenenergie steht praktisch grenzenlos zur Verfügung, aber ihre Vorhandensein ist eventuell, deshalb ist sie für selbständige Energieversorgung nicht geeignet, nur in hybriden Syste- 12 A biomassza Die Biomasse Napenergia Sonnenenergie 13

8 A Földi energetikai hasznosulás Terrestrische energetische Ausnutzung A napenergia energetikai hasznosulása, hasznosítása Energetische Ausnutzung der Sonnenenergie Energetikai hasznosulás Energetische Ausnutzung 5. ábra Abbildung 5. A napenergia hasznosulásának elkülöníthetõ területei. energiaellátásra nem alkalmas, csak hibrid rendszerekben. Jellege : tiszta energia, de nem CO 2 -emisszió mentes, mert a napenergia-hasznosító technika előállítása energiaigényes. Különösen érvényes ez a foto villamos rendszerekre. Ezek esetében a kristályok előállításával (bányászatával) összefüggő környezeti károkkal is számolni kell. Passzív Passiv Aktív Aktiv Energetische Ausnutzung der Sonnenenergie men. Saubere Energie, aber nicht CO 2 -emissionfrei, denn die Produktion der Sonnenenergieausnutzungstechnik braucht viel Energie. Es gilt besonders für fotoelektrische Systeme. Hier muss man auch mit Umweltschäden im Zusammenhang mit Kristallenerzeugung rechnen. Windenergie Szél Wind Víz Wasser Biomassza Biomasse Egyéb Sonstiges Elektromos Elektrisch Termikus Thermisch Kollektoros mit Kollektor Hõszivattyús mit Wärmepumpe és szélirányméréseket kell végezni. A mérések alapján felvett időben változó szélenergia áramok pontos leírásához, elemzéséhez statisztikai módszerek szükségesek. Az így kapott eredmények már kellő információval szolgálnak a berendezések üzemeltetéséhez is. Energiatermelés céljából a méter talajszint fölötti magasság a megfelelő. A mérőberendezést általában maximum 20 méteres talajszint feletti magasságokban tudjuk elhelyezni, ezért a szélsebességet a kívánt magasságra át kell számolni. A szél munkavégző képességét a sebessége meghatározza. A szél sebessége és teljesítménye a magassággal arányosan nő, mely egy képlet szerint számítható át. = h 2 v 5 2 v 1 h 1 v 1 a szélsebesség a talajközeli h 1 magasságban v 2 a h 2 magassághoz tartozó számított szélsebesség A szélenergia összehasonlításban az egyik legtisztább energia. CO 2 -emissziók csak a berendezések előállításával kapcsolatos. Hátránya, hogy esetleges energia, ezért önállóan energiaellátásra nem alkalmazható. Ha a szélenergiával előállított villamos energiát tárolni is kell (akkumulátorok) akkor a járulékos CO 2 emisszió is jelentős, és egyéb környezeti károk (bányászat, fémkohászat, stb.) is jelentkeznek. Vízenergia-hasznosítással komplex hasznosítása előnyös és környezetbarát. Geotermális energia Beschreibung und Analyse der auf Grund der Messungen aufgenommenen Windenergieströmungen braucht man statistische Methoden. Diese Ergebnisse habeh schon genug Information auch zur Betreibung der Einrichtungen. Wegen Energieerzeugung ist die Höhe von m über dem Boden geeignet. Die Messeeinrichtung können wir im allgemeinen höchstens 20 m über dem Boden tun, deshalb muss die Windgeschwindigkeit auf die gewünschte Höhe umgerechnet werden. Arbeitleistungsfähigkeit des Windes bestimmt ihre Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit und Leistung des Windes wächst mit der Höhe, das kann mit Hilfe einer Formel umgerechnet werden. = h 2 v 5 2 v 1 h 1 v 1 Windgeschwindigkeit in der Höhe von h 1 in der Nähe der Bodenfläche v 2 die zur h 2 Höhe gehörende gerechnete Windgeschwindigkeit Die Windenergie ist im Vergleich eine der saubersten Energien. CO 2 -Emissionen entstehen nur durch Erzeugung der Einrichtungen. Nachteil ist, dass sie eventuelle Energie ist, deshalb ist sie für selbständige Energieversorgung nicht geeignet. Wenn mit Windenergie erzeugter Strom auch gelagert werden muss (Akkumulatoren), dann ist auch die hinzukommende CO 2 -Emission bedeutend, und es entstehen auch andere Umweltschäden. (Bergbauwesen und Metallurgie usw.) Ihre komplexe Ausnutzung zusammen mit der Wasserenergieausnutzung ist vorteilhaft und umweltfreundlich. Szélenergia A szél munkavégző képessége a szélsebességnek a harmadik hatványával arányos. A gazdasági megfontolások azt mutatják, hogy a szelet elsősorban azokon a vidékeken érdemes kiaknázni, ahol a szélsebesség évi átlaga meghaladja a 4-5 m / s értéket. Ez többnyire csak tengerparti helyeken van így, a szárazföld belseje felé haladva a belső súrlódás erősen csökkenti a szél sebességét. Talaj közelben Budapesten az átlagos szélsebesség 1,8 m / s és még Mosonmagyaróváron, hazánk legszelesebb részén sem haladja meg az 5 m / s értéket. Nyíregyházán van 4-5 m / s, sőt ennél nagyobb szélsebesség is, de nem tart annyi ideig, hogy ezt tartósan ki lehessen használni. A szél energiasűrűsége aránylag kicsi, W / m 2. Az utóbbi időben elkészült Magyarország nagyobb magasságra jellemző széltérképe is. Eszerint az ország nagy részén mérhető a szükséges szélsebesség (10 m magasságban 2-3 m / s, 100 m-en 5-7 m / s). A szél időben változó intenzitású energiaforrás, ezért nagy jelentősége van a helyszínen végzendő szélméréseknek és a kapott eredmények megfelelő kiértékelésének. Szélgépet csak olyan helyen érdemes telepíteni, melynek környezeti viszonyai és domborzati fekvése megfelelő szélenergia kinyerésére, hiszen a domborzat és a különböző tereptárgyak nagymértékben befolyásolják a szél áramlási képét. Tehát helyi szélsebesség Die Arbeitleistungsfähigkeit des Windes ist proportional mit der dritten Potenz der Windgescgwindigkeit. Wegen der wirtschaftlichen Gründen lohnt es sich, den Wind auszunutzen, wo der Jahresdurchschnitt der Windgeschwindigkeit den Wert von 4-5 m / s Übersteigt. Das ist meistens nur am Meeresufer so, landeinwärts vermindert die innere Reibung stark die Windgeschwindigkeit. In der Nähe des Bodens in Budapest ist die durchschnittliche Windgeschwindigkeit 1,8 m / s, und auch noch in Mosonmagyaróvár, auf dem windischsten Gebiet unseres Landes, ist sie nicht mehr, als 5 m / s. In Nyíregyháza gibt es 4-5 m / s, und auch noch größer, aber sie dauert nicht so lange, dass man das dauernd ausnutzen könnte. Die Energiedichte des Windes ist relativ klein, W / m 2. Vor kurzem wurde auch Ungarns Windkarte gemacht. Nach dieser Karte kann auf dem großen Teil des Landes die notwendige Windgeschwindigkeit gemessen werden. (in Höhe von 10 m 2-3 m / s, in Höhe von 100 m 5-7 m / s) Der Wind ist eine Energiequelle, deren Intensität sich mit der Zeit verändert, deshalb haben die Windmessungen an Ort und Stelle, und die Auswertung der Ergebnisse große Bedeutung. Windmaschinen werden an solchen Orten gebaut, deren orographische Lage für Ausnutzung der Windenergie geeignet ist, denn das Relief und die verschiedenen Geländegegenstände beeinflussen bedeutend das Strömungsbild des Windes. Also man muss Windgeschwindigkeit-, und Windrichtungsmessungen an Ort und Stelle machen. Zur genauen Geotermális energiának nevezzük azt a földi energiát, amely a Föld szilárd köpenye alatti térben levő, magas hőmérsékletű olvadékból származik, hővezetéssel jut a szilárd köpenybe, és ott szilárd rétegeket illetve áramló folyadékokat melegít fel. Az energia a felhasználóhoz a természetes vizek (termálvizek), vagy a hő kinyeréséhez alkalmazott technikai megoldások közvetítésével jut el. A geotermális energiát az energiát szolgáltató réteg hőmérséklete, a szilárd anyag hővezető-képessége, az energia-kinyerés lehetőségének intenzitása (hőáram) jellemzi. A geotermia egyik meghatározó jellemzője a geotermális grádiens, ami egy fajlagos érték, és azt mutatja meg, hogy a felszíntől a Föld mélyébe hatolva milyen mértékben emelkedik a hőmérséklet. A grádiens területenként és mélységtől függően jelentős mértékben változik, aminek oka : a kéreg és a litoszféra változó vastagsága, a rétegek eltérő földtani felépítése, a különböző kőzetek változó hővezető képessége, a regionális és a lokális vízáramok, a tektonikai zónák hővezetést befolyásoló hatása. Magyarország geotermális viszonyait tekintve kedvező geológiai helyzetben van. Az energiát szolgáltató rétegek hőmérséklete viszonylag magas lehet, mert a geotermális grádiens viszonylag nagy, meghaladja a világátlagot, ezért viszonylag kis mélységben már magas hőmérsék- Geothermische Energie Geothermische Energie nennen wir die Erdenergie, die aus der heißen Schmelze unter der Erdkruste stammt, sie kommt in die feste Kruste mit Wärmeleitung, und da erwärmt sie feste Schichten bzw. strömende Flüssigkeiten. Die Energie kommt zu den Benutzern durch natürliche Gewässer (Thermalwässer) oder durch technische Lösungen über Ausnutzung der Wärme. Für die geothermische Energie sind charakteristisch die Temperatur der energiegebenden Schicht, die Wärmeleitungsfähigkeit des festen Stoffes, die Intensität der Energieausnutzung. Der geothermische Gradient ist ein spezieller Wert. Er zeigt, wie steigt die Temperatur vom Erdboden in die Tiefe der Erde. Der Gradient verändert sich nach Gebieten und abhängig von der Tiefe. Die Gründe dafür sind : veränderliche Dicke der Kruste und der Lithosphäre verschiedener geologischer Aufbau der Schichten veränderliche Wärmeleitungsfähigkeit der verschiedenen Gesteine regionale und lokale Wasserströmungen Wirkung der tektonischen Zonen Ungarn hat eine günstige geologische Lage, was die geothermischen Verhältnisse betrifft. Die Temperatur der energiegebenden Schichten kann relativ hoch sein, denn der geothermische Gradient relativ groß ist, größer, als der Weltdurchschnitt, deshalb gibt es in relativ kleiner Tiefe schon hohe Temperatur. Der Wert verändert sich zwischen Grad Celsius / km. 14 Szélenergia Windenergie Geotermális energia Geothermische Energie 15

9 let van. Értéke ºC / km között változik. A geotermális energia a létezése helyén csak potenciális lehetőség. A felhasználó számára akkor válik valós, hasznosuló energiaforrássá, ha hőhordozó közvetítésével eljut a felhasználási helyre. A hőhordozó pozitív kutak esetében gőz vagy termálvíz, amely a meleg rétegben áramlás közben felhevül, és a mélyben uralkodó nyomás hatására a felszínre jut. A termálvíz tehát az energiahordozó. A vízzel felszínre hozható energia mennyisége az un. kibocsátás, melynek mértéke : Q = V p c (T e T v ) Q = a hasznosított geotermális energia (J) V = a termálvíz térfogata (m³) c = a termálvíz fajhője (J / kg K) p = a termálvíz sűrűsége (kg / m³) T e = az előremenő termálvíz hőmérséklete ( K) T v = a visszatérő termálvíz hőmérséklete ( K) Az előbbiek szerint számítható kibocsátás számos ok miatt csökken, Túl nagy folyadékáram esetében csökkenhet a rétegnyomás és a víz hőmérséklete, hidraulikus és termikus veszteségek lépnek fel a csővezetékekben. Ha a termálvizet környezetvédelmi okok miatt vissza kell sajtolni, a Qh = Q Qv azaz a ténylegesen hasznosítható energia a kibocsátás és a visszasajtolás energia-igényének különbsége, másképpen a hasznosulási hatásfoktényező : η= Q h / Q A geotermális energia kihasználása az adottságok függvényében a nagyon tiszta, és a kockázatos tartományban változó. Az alacsony hőmérsékletű, és ásványi anyagokat nem tartalmazó termálvíz hasznosítás után természetes vízfolyásba juttatható, ez esetben a környezeti károk minimálisak. Visszasajtolást is igénylő rendszerekben a visszasajtolás energiaigényes, ezért az ahhoz felhasznált (villamos) energia felhasználásához és a szerelvények előállításához kapcsolódó CO 2 emisszió megközelítheti a fosszilis-alapú energiatermelés emisszióit is. Magyarországon a geotermális energiapotenciál PJ / év közötti, a kihasználás műszaki problémái miatt azonban ez az érték egyelőre csak elméleti, jelenleg az 1 PJ / év értéket alig haladja meg. A fosszilis energiahordozó-árak növekedése miatt szerepe jelentősen növekszik. Vízenergia Magyarországon a vízenergia-felhasználás a múlt század végéig az egyik alapvető energiatermelési mód volt, különösen a malomiparban. Egy évi statisztika szerint Magyarország akkori területén vízkerék és 99 turbina üzemelt, 56 MW teljesítménnyel. A századfordulón néhány vízimalmot törpe vízerőműre alakítottak, Die geothermische Energie ist nur eine potentielle Möglichkeit. Für den Benutzer ist sie eine reale, ausnutzbare Energiequelle, wenn sie durch Wärmeträger zur Benutzungsstelle kommt. Positive Wärmeträger-Brunnen erwärmen sich in der warmen Schicht während der Strömung (Dampf oder Thermalwasser) und sie kommen auf die Erdoberfläche durch Druck. Das Thermalwasser ist also der Energieträger. Die Quantität der auf die Erdoberfläche mit Wasser bringbaren Energie ist die sogenannte Auslassung, deren Maß : Q = V p c (T e -T u ) Q = genutzte geothermische Energie (J) V = das Volumen des Thermalwasswers (m 3 ) c = spezifische Wärme des Thermalwassers (J / kg K) p = die Dichte des Thermalwassers (kg / m 3 ) T e = die Temperatur des fortgehenden Thermalwassers ( K) T v = die Temperatur des zurückkehrenden Thermalwassers ( K) Die rechenbare Auslassung vermindert sich aus vielen Gründen. Wenn die Flüssigkeitsströmung zu groß ist kann die Temperatur des Scichtdrucks und des Wassers, in den Röhrenleitungen treten hydraulische und thermische Verluste auf. Wenn das Thermalwasser wegen Umweltgründen zurückgedrückt werden muss : Q h = Q Qv die wirklich auszunutzende Energie, Unterschied der Auslassung und des Energieanspruchs der Zurückpressung, anders gesagt Wirkungsgradfaktor für Ausnutzung η= Q h / Q Die Ausnutzung der geothermischen Energie ist nach Gegebenheiten veränderlich im sehr sauberen und riskanten Bereich. Das Thermalwasser, das niedrige Temperatur hat und keine Mineralstoffe enthält, kann nach der Ausnutzung in natürliche Gewässer geschickt werden und die Umweltschäden sind minimal. In den Systemen, die Zurückpressung brauchen, fordert die Zurückpressung viel Energie, deshalb kann sich die CO 2 -Emission der fossilen Energiezeugung nähern. In Ungarn ist der geothermische Energiepotential zwischen PJ / Jahr, aber dieser Wert ist vorläufig nur theoretisch, wegen technischer Probleme der Ausnutzung. Heute ist er kaum größer als 1 PJ / Jahr. Ihre Rolle wird immer bedeutender, wegen Zunahme der fossilen Energieträger-Preise. Wasserenergie Die Wasserenergie-Ausnutzung in Ungarn war bis zum Ende des vorigen Jahrhunderts eine der grundlegendsten Energieerzeugungsarten, besonders in der Mühlenindustrie. Nach einer Statistik vom Jahre 1885 funktionierten in damaligen Ungarn Wasserräder und 99 Turbinen., mit einer Leistung von 56 MW. Um die Jahrhundertwende amelyek csak elektromos energiát Magyarország műszakilag hasznosítható vízerő potenciálja kb MW, amely természetesen jóval több a valóban villamosenergia-termelésre hasznosított vagy hasznosítható vízerőpotenciálnál. A százalékos megoszlás durván az alábbi : Duna 72 %, Tisza 10 %, Dráva 9 %, Rába, Hernád 5 %, egyéb 4 %. A teljes hasznosítás esetén kinyerhető energia PJ, azaz millió kwh évente. Ezzel szemben : a Dunán nincs és várhatóan a közeljövőben nem is lesz villamos energia termelésre szolgáló létesítmény, a Tiszán a Tiszalöki Vízerőmű és a Kiskörei Vízerőmű található 11,5 MW és 28 MW beépített teljesítménnyel, a Dráván jelenleg nincs erőmű, a Rábán és a Hernádon, illetve mellékfolyóikon üzemel a hazai kis- és törpe vízerőművek döntő többsége, egyéb vizeinken működő energiatermelő berendezés nincs üzemben. A vízenergia a hasznosítón átfolyó vízmennyiségtől, valamint a vízoldali és a kilépőoldali vízszintek közötti különbségtől függ. Magyarországon viszonylag kis szintkülönbségek jellemzők. A vízenergia viszonylag tiszta energia. Járulékos CO 2 -emissziói a tárolással kapcsolatos létesítmények létrehozásával, illetve a termelő berendezések előállításával függ össze. Magyarországon a rendelkezésre álló energiák sem nagyok (1000 MW), de ennek kihasználtsága is igen kicsi. A jövőben a vízenergia szerepe akkor nőhet, ha a vízhasznosítás egyéb szempontjait is érvényesítjük, illetve a megújuló energiákat hibrid üzemben hasznosítjuk. Ezen a helyen kell megemlíteni, hogy Magyarországon jó lehetőség van a szivattyús / tározós vízenergia-hasznosításra, ami pl. a szélenergia hasznosítás mértékének jelentős növelését is lehetővé tenné, de természetvédők a megoldást ellenzik, miközben a szélenergia-bázisú áramtermelést támogatják. Magyarországon tározók nélkül a vízenergia-hasznosítás lehetőségei egyre kisebbek. A környezeti hő, hőszivattyú Környezetünk minden eleme (víz, levegő, talaj, tárgyak, stb.) potenciális energiahordozók, hiszen az abszolút 0 K-fok hőmérséklet feletti hőmérsékletűek, azaz hőenergiát tárolnak. Ez a hőenergia megfelelő berendezésekkel transzformálható, egyik helyről a másikra szállítható úgy, hogy az egyik elemtől hőt vonunk el, és ezt egy másik helyen leadjuk. A korábban alig elismert (bár a hűtéstechnikában nyitott körfolyamban használt) technológiát ma már igen fontos, gyakorlatilag új energiatermelési technológiaként tekintik, hiszen olyan (egyébként igen nagy) energiaforrások elérését teszi lehetővé, amely korábban is rendelkezésre állt, de nem volt hasznosítható. Ez az energiaforrás a környezeti hő. A környezeti hőt a föld, a levegő, a napsütés, a szennyvíz vagy bármilyen más hőforrás szolgáltathatja. Ezeknek wurden einige Wassermühlen zu kleinen Wasserkraftwerken umgestaltet. Ungarns technisch ausnutzbarer Wasserenergie-Potential ist zirka 1000 MW, das ist natürlich viel mehr, als der ausgenutzte Wasserkraftpotential. Prozentuale Verteilung sieht ungefähr so aus : Donau 72 % Theiß 10 % Drau 9 % Raab, Hernad 5 % Sonstige 4 % Die bei voller Ausnutzung gewinnbare Energie PJ, das heißt, Millionen kwh pro Jahr. Aber : an der Donau gibt es keine Einrichtung, die für Stromerzeugung geeignet ist, und in der Zukunft gibt es auch keine an der Theiß sind Wasserkraftwerke in Tiszalök und in Kisköre mit eingebauter Leistung von 11.5 MW und 28 MW an der Drau gibt es heute Keine Kraftwerk an der Raab und an der Hernad beziehungsweise an ihren Nebenflüssen funktioniert die Mehrheit der kleinen Wasserkraftwerke Ungarns an sonstigen Flüssen gibt es keine Wassereinrichtungen. Die Wasserenergie hängt von der Wassermenge und vom Unterschied zwischen den Wasserstandslinien ab. In Ungarn gibt es relativ kleine Höhenunterschiede. Die Wasserenergie ist eine relativ saubere Energie. Ihre CO 2 -Emissionen stammen aus den Speicher-, und Erzeugungseinrichtungen. In Ungarn sind die Energien, die zur Verfügung stehen, nicht so groß (1000 MW), aber deren Ausnutzung ist auch niedrig. In der Zukunft kann die Rolle der Wasserenergie nur wachsen, wenn wir auch die anderen Standpunkte der Wassernutzung zur Geltung bringen, beziehungsweise nutzen wir die erneuerbare Energien in Hybridbetrieb. Hier muss erwähnt werden, dass es in Ungarn gute Möglichkeiten gibt für Wasserenergieausnutzung mit Pumpen / Speichern, das würde auch z.b. die Zunahme der Windenergieausnutzung ermöglichen. Aber die Umweltschützer sind gegen diese Lösung, obwohl sie die Stromerzeugung mit Windenergie unterstützen. In Ungarn sind die Möglichkeiten der Wasserenergieausnutzung ohne Speichereinrichtungen immer kleiner. Umweltwärme, Wärmepumpe Alle Elementen unserer Umwelt (Wasser, Luft, Boden, Gegenstände usw.) sind potentielle Energieträger, sie haben Temperatur über dem absoluten 0 Grad Kelvin, also sie speichern Wärmeenergie. Diese Wärmeenergie ist mit geeigneten Einrichtungen transformierbar, vom einen Ort auf den anderen transportierbar, wir nehmen einem Element Wärme weg und diese Wärme an einem anderen Ort auslassen. Die früher kaum anerkannte Technologie ist heute schon praktisch eine neue, wichtige Energieerzeugungstechnologie, mit deren Hilfe solche Energiequellen erreichbar sind, die auch früher zur Verfügung standen, aber nicht ausnutzbar waren. Diese Energiequelle ist die Umweltwärme. Die Umweltwärme können der Boden, die Luft, die Sonnenstrahlung, das Abwasser oder sonstige 16 Vízenergia Wasserenergie A környezeti hő, hőszivattyú Umweltwärme, Wärmepumpe 17

10 a hőforrásoknak a hőmérséklete azonban viszonylag alacsony (nem minden esetben) ahhoz, hogy azt közvetlenül tudjuk hasznosítani, ezért azt meg kell emelni. Erre való a hőszivattyú. A hőszivattyúkkal tehát nem a hagyományos értelemben történik energiatermelés, hanem a már meglevő energiák energiafelhasználás mellett történő olyan koncentrációja folyik, amelyben a környezet hőmérsékletét változtatjuk meg a környezet elemeiben tárolt hőenergia hőmérsékletének jelentős megváltoztatásával. Környezetünkben olyan nagy hőenergia-készletek vannak (és ez a klímaváltozással még nő is), hogy ez az energiaforrás gyakorlatilag önállónak és megújulónak is tekinthető. A hőszivattyú szerepét azonban nem szabad túlértékelni. A hőszivattyúkat forgalmazók (természetesen tévesen) a hőszivattyúkat %-os hatásfokkal működő energiatermelőként reklámozzák. Ez az energia-megmaradás törvényének ellentmondó állítás nyilván hamis. A hiba kettős. Egyrészt itt energiakonverzióról van szó, tehát a bevitt és a kinyert energiák aránya nem hatásfok, hanem energiamérleg. Azaz a környezeti hő gyűjtésével 1 kwh villamos energia bevitelével 4-6 kwh hasznos energia nyerhető, tehát az energiamérleg pozitív, (4-6) :1 arányt mutat. Ebben a megállapításban is hiba van, hiszen a rendszerbe vitt energia villamos energia (azaz másodlagos energia), amelyet az erőművek fosszilis energiából 0,25 % körüli hatásfokkal állítanak elő, és. ennek az energiának még szállítási veszteségei vannak. Tehát az áram előállításának energiamérlege 1.4. Ezt is figyelembe véve a hőszivattyú energiamérlege helyesen (4-6) :4, és ilyen alapon nem tekinthető CO 2 -mentes energiatermelő rendszernek sem. Ennek ellenére a hőszivattyúknak nagy jövőjük van, mert energiamérlegük pozitív, és a nem foszszilis hanem biomassza-bázisú vagy biogázzal termelt árammal működtetve a hőszivattyúkat, az energiakonverzió még CO 2 - emissziót is csökkenthet. A környezetenergia-hasznosítás (hőszivattyús energiatermelés) lehetőségei szinte korlátlanok. A technológiából látszólag tiszta energia nyerhető, de a rendszert működtető elemek előállításával, illetve azok üzemeltetésével kapcsolatos energiaigény CO 2 -emissziója megközelíti a fosszilis energiatermelés emisszióit. A CO 2 -emisszió csökkenthető, ha a rendszer működtetéséhez szükséges villamos energia nem fosszilis energiát hasznosító erőművekből származik. Kétségtelen előny az is, hogy a hőszivattyúval nyert energiákkal fosszilis energiahordozók válthatók ki, tehát alkalmazása hozzájárul az üvegházhatás csökkentéséhez. Wärmequellen geben. Die Temperatur dieser Wärmequellen ist aber relativ niedrig (nicht immer) dazu, dass wir sie direkt ausnutzen können. Die Temperatur muss erhöht werden. Dazu dient die Wärmepumpe. Mit den Wärmepumpen passiert die Energieerzeugung nicht im traditionellen Sinne, sondern es geschieht eine solche Energiekonzentration., währenddessen wir verändern die Temperatur der Umwelt mit der Veränderung der Temperatur der Wärmeenergie. In unserer Umwelt gibt es so große Energievorrate (und das nimmt mit dem Klimawechsel auch noch zu), dass diese Energiequelle praktisch auch selbständig und immer vorhanden sein kann. Aber die Rolle der Wärmepumpe darf nicht überwertet werden. Die Wärmepumpen-Verkäufer werben ihre Wärmepumpen als Energieerzeuger mit % Wirkungsgrad. Diese Aussage widerspricht dem Energieerhaltungssatz, und ist offensichtlich falsch. Das ist ein Doppelfehler. Einerseits handelt es sich hier um eine Energiekonversion, also das Verhältnis der eingegebenen und gewonnenen Energien ist nicht der Wirkungsgrad, sondern Energiebilanz. Das heißt, wir können mit der Sammlung der Umweltwärme, mit der Stromeingabe 1 kwh, 4-6 kwh nützliche Energie gewinnen. Die Energiebilanz ist also positiv (4-6) :1. Hier gibt es auch einen Fehler. Die ins System eingegebene Energie ist Strom, also sekundäre Energie, er wird in den Kraftwerken aus fossiler Energie mit einem Wirkungsgrad von 0,25 % produziert, und diese Energie hat auch noch Transportverluste. Also die Energiebilanz der Stromerzeugung ist 1 :4. Die Energiebilanz der Wärmepumpe ist richtig (4-6) :4. Deshalb ist sie kein CO 2 -freies Energieerzeugungssystem. Trotzdem haben die Wärmepumpen schöne Zukunft, weil ihre Energiebilanz positiv ist. Wenn wir die Wärmepumpen mit durch Biomassen oder Biogas erzeugtem Strom betätigen, sie kann auch noch CO 2 -Emission vermindern. Die Möglichkeiten der Umweltenergieausnutzung (Energieerzeugung mit Wärmepumpen) sind fast grenzenlos. Man kann aus der Technologie scheinlich saubere Energie gewinnen, aber die CO 2 -Emission des Energieanspruchs ist fast so hoch wie bei der fossilen Energieerzeugung. Die CO 2 -Emission kann vermindert werden, wenn der Strom nicht aus den Kraftwerken stammt, die fossile Energie nutzen. Ein weiterer Vorteil ist noch, dass man mit den mit der Wasserpumpe gewonnenen Energien fossile Energieträger auslösen können, also ihre Verwendung hilft bei der Verminderung des Treibhauseffektes. A megújuló energiák és energiahordozók hasznosítása Energianyerés biomasszából Biomasszából energiát biomassza-tüzeléssel, gázosítással és kémiai technológiák (bontás, átalakítás) alkamazását követően állíthatunk elő. A lignocellulózokban a fotoszintézis közben megkötött energiák (napenergia) kémiai energia formájában van jelen. Ezt az energiát : közvetlen oxidációval (égetés), termikus elgázosítást követő technológiákkal (pirogáz előállítása és annak elégetése vagy üzemanyaggá alakítás utáni hasznosítása), biológiai konverzióval (fermentáció, erjesztés) nyerhetjük ki. A biomasszák energetikai hasznosítása feltétlen indokolt, hiszen energatikai hasznosítás nélkül a természetes lebomlási folyamatok közben CO 2 kibocsátása mellet visszaépülnek a természetbe, ugyanakkor az energiatermelésben környezetbarát energiahordozók,. Az energiahordozóként történő hasznosításkor káros elemek is keletkeznek ugyan, de ezek minősége és mennyisége jelentősen és kedvezően eltérnek a fosszilisek hasznosításakor megjelenő értékeknek. A primer biomasszák hagyományos energetikai hasznosítása az égetéssel történő hőtermelés. Ez esetben a szilárd biomasszát a szilárd fosszilis anyagokhoz hasonlóan szabályozott körülmények között tűztérben égetik el, és a füstgázokból hőcserélőn nyerik ki a hőenergiát, melynek hasznosítása közvetlenül (fűtés) vagy közvetve (gőzzel áramtermelés, gőzzel kogeneráció) történik meg. Újabban a lignocellulózokból energetikai tömörítvényeket is állítanak elő, tüzelési célra. A biomasszák hagyományos energetikai hasznosítása a hőtermelés a biomassza elégetésével. A biomaszsza kémiai összetételéből következik, hogy a C és a H 2 elégetésekor CO 2 és H 2 O keletkezik. A biomasszákban kevés S és ásványi anyagok is találhatók, így az égéskor kevés SO 2 és hamu is keletkezik. A CO 2 -kibocsátás biomasszák esetében semleges emissziónak számít, a keletkező hamu mennyisége pedig a szén hamutartalmához (25-45 %) viszonyítva igen kicsi (0,2-5 %), és a környezetet sem károsítja. Biomassza- égetéses technológiák Égésnek nevezzük azt a vegyi folyamatot melynek során valamely anyag nagy hőfokon hőfejlődés mellett egyesül a levegő oxigénjével. Az égés feltétele, hogy a tüzelőanyag éghető részét az anyagnak megfelelő gyulladási Ausnutzung der erneuerbare Energien und Energieträger Energiegewinnung aus Biomasse Man kann Energie aus Biomasse durch Biomassenverbrennung, Vergasung und chemische Technologien (Zerlegung, Umwandlung) erzeugen. In den Lignozellulosen sind die durch Photosynthese gebundene Energien (Sonnenenergie) in Form von chemischer Energie. Diese Energie können wir gewinnen : durch direkte Oxidation (Verbrennung) durch Technologien nach thermischer Vergasung (Erzeugung, Verbrennung, oder Ausnutzung von Pirogas) Durch biologische Konversion (Fermentation, Gärung) Die energetische Ausnutzung der Biomassen ist unbedingt begründet, denn sie bauen sich durch natürliche Zerfallprozesse, ohne energetische Ausnutzung, mit Auslassung von CO2 in die Natur wieder ein, und sie sind in der Energieproduktion umweltfreundliche Energieträger. Während der Ausnutzung als Energieträger entstehen auch schädliche Elemente, aber die Qualität und Quantität dieser Elemente ist anders als die Werte bei der Ausnutzung der fossilen Energieträger. Die traditionelle energetische Ausnutzung der primären Biomassen ist Wärmeproduktion durch Verbrennung. Hie wird die feste Biomasse (ähnlich wie bei festen fossilen Stoffen) unter geregelten Umständen im Feuerraum verbrannt, die Wärmeenergie wird aus den ist Rauchgasen durch Wärmetauscher gewonnen, die Ausnutzung passiert direkt (Verbrennung) oder indirekt (Stromproduktion mit Dampf, Kogeneration mit Dampf). Heutzutage werden auch energetische Verdichtungen aus Lignozellulosen produziert, für Heizung. Die traditionelle energetische Ausnutzung der Biomassen ist die Wärmeproduktion durch Verbrennung der Biomasse. Wegen der chemischen Zusammensetzung der Biomasse entsteht CO 2 und H 2 O bei der Verbrennung von C und H 2. In den Biomassen gibt es wenig S und Mineralstoffe auch, so entsteht bei Brennen auch ein wenig Asche und SO 2. Die CO 2 -Auslassung zählt bei Biomassen als eine neutrale Emission, die entstehende Asche (im Vergleich mit dem Asceninhalt der Kohle (20-45 %)ist sehr wenig (0,2-5 %), und sie ist auch nicht umweltschädlich. Technologien mit Biomassen-Verbrennung : Brennen ist der chemische Prozess, durch den sich ein Stoff bei hohem Wärmegrad neben Wärmeentwicklung mit dem Sauerstoff der Luft vereinigt. Die Bedingung des 18 A környezeti hő, hőszivattyú Umweltwärme, Wärmepumpe Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse 19

11 hőmérsékletre felmelegítsük, és az égéshez megfelelő mennyiségű levegőt vezessünk oda, hogy a kellő menynyiségű oxigén rendelkezésre álljon. A biomassza égése (oxidációja) hasonló az egyéb anyagok égéséhez, de jelentős különbségek is adódnak azért, mert a biomasszát alkotó szerves vegyületek termikus bomlása igen széles hőfokskálán megy végbe, emellett a biomassza illó éghető része az összes éghetőnek több mint 5 %-a. Egy folyamatos égésre alkalmas biomassza-halmaz égése leegyszerűsítve a következők szerint megy végbe. Égethető anyagok az energiahordozókban : szén (C), hidrogén (H), Kén (S). C + O 2 = CO 2 + E 12 kg C + 32 kg O 2 / 44 kg CO MJ S + O 2 = SO 2 + E 32 kg S + +2 kg O 2 = 64 kg SO MJ H 2 + O = H 2 O + E 2 kg H kg O 2 = 18 kg H 2 O MJ Brennens,dass man den brennbaren Teil des Brennstoffes auf Entzündungstemperatur erwärmt, und wir sollen genug Luft hinzuführen, damit genug Sauerstoff zur Verfügung steht. Das Brennen (die Oxidation) der Biomasse ist ähnlich dem Brennen der sonstigen Stoffen, aber es gibt auch große Unterschiede, denn der thermische Zerfall der organischen Verbindungen auf einer breiten Wärmegradskala passiert, daneben ist der brennbare, ätherische Teil der Biomasse mehr als 75 % des ganzen Teiles. Das Brennen einer zum ständigen Brennen geeigneten Biomasse-Menge geht so : Brennbare Stoffe in den Energieträger : Kohle (C) Wasserstoff (H), Schwefel (S). C + O 2 = CO 2 + E 12 kg C + 32 kg O 2 / 44 kg CO MJ S + O 2 = SO 2 + E 32 kg S + +2 kg O 2 = 64 kg SO MJ H 2 + O = H 2 O + E 2 kg H kg O 2 = 18 kg H 2 O MJ 1 Faapríték 2 Szállítószalag 3 Ejtõakna 4 Adagoló 5 Tûztér 6 Primér levegõ 7 Szekunder levegõ 8 Utóégetõ 9 Hõcserélõ 10 Elektrofilter 11 Füstgázventillátor 12 Kémény 13 Forróvíztároló 14 Olajkazánl 15 Hamutároló 16 Felhasználók Holzstücke 2 Förderband 3 Fallschacht 4 Dosierer 5 Feuerraum 6 primäre Luft 7 sekundäre Luft 8 Nachbrenner 9 Wärmetauscher 10 Elektrofilter 11 Rauchgasventil 12 Schornstein 13 Heißwasserspeicher 14 Ölkessel 15 Aschenspeicher 16 Benutzer A biomassza-tüzelésnek igen sokféle technológiája ismert. Ezeket nagyságrend és tüzelőanyag-jellemzők alapján szokás csoportosítani. Nagyságrend szerint : lakossági, kommunális és fűtőmű / erőmű léptékű berendezések ismertek. A lakossági berendezések között a hagyományos fatüzelőket, az új típusú fatüzelésű kazánokat és a speciális biomassza-tüzelőket különböztetjük meg. A hagyományos fatüzelők (kályhák, kandallók) a lakosság körében igen elterjedtek. A felhasználható tüzelőanyag a kandallófa, vagy újabban a biobrikett. A régi kályhák ára alacsony, de hatásfokuk rossz, ezért az alacsony beruházási költséggel elért előny az üzemeltetés közben gyorsan elenyészik. Jó hatásfokúak (60 %) a cserépkályhák, melyek megjelenése az utóbbi időben igen előnyösen változott, Viele Technologien der Biomassen.Verbrennung sind bekannt. Diese werden nach Größenordnung und nach Brennwert-Kennwerte gruppiert. Nach Größenordnung : Bevölkerungs-, kommunale, Heizwerk / Kraftwerk Maßstab Einrichtungen. Unter Bevölkerungseinrichtungen gibt es 2 Gruppen : neue Holzheizungskessel, und spezielle Biomassenkessel. Die traditionellen Holzheizungskessel (Öfen, Kamine) kennt die Bevölkerung. Der nutzbare Brennstoff ist das Kaminholz, heutzutage immer mehr das Biobrikett. Die alten Ofen sind billig, aber ihr Wirkungsgrad ist schlecht, deshalb verschwindet schnell der Preisvorteil während des Funktionierens. Die Kachelofen haben guten Wirkungsgrad (60 %). Ihr Erscheinen hat sich in den letzten Zeiten günstig verändert, so sind die Wohnungseinrichtungsansprüche auch zu befriedigen. 6. ábra Abbildung 6. Korszerû kandalló pellettüzeléssel. Moderner Kamin mit Pelletheizung. 7. ábra Abbildung 7. Biomasszatüzelõ lakás fûtési rendszerében. Biomassen-Brennstoff in der Heizung einer Wohnung és így a lakberendezési igények is kielégíthetők. A kandallók újabban a lakásfűtés fontos elemeivé váltak. Korábban is és ma is a kandallók részben lakberendezési tárgyak, részben fűtőberendezések, de emellet a látványtüzelés nélkülözhetetlen elemei. Korábbi változataiknak egy igen fontos hátránya a rossz energetikai hatásfok volt. A hatásfok javítása céljával kifejlesztették az un. kazettás kandallókat, amelyek zárt fém tűzterek a megfelelő átlátszó (üvegezett) felületekkel és a jó hatásfokú égést biztosító légszelepekkel. A tűztérben felszabaduló hőenergiát a fémkazetta felületéről természetes vagy mesterséges légmozgással viszik el a fűtendő helyre. Újabban a kazetta hátsó falát hőcserélőként alakítják ki, így a látványtüzelés mellett lehetőség van melegvizes fűtőrendszer kazánjaként történő hasznosításra is. A kazettás kandallók tüzelőanyaga : kandallófa, biobrikett. Napjainkban a biomassza-tüzelő kiskazánok gyors elterjedésének vagyunk tanúi. Hőtermelésre szolgálnak, levegő-keringtetéses, vagy melegvizes cirkulációs fűtésre használják őket. Szokásos teljesítményük kw. Legfontosabb változatok : - Hagyományos fatüzelő kazánok, - Fagázosító kazánok, - Hasábtüzelők - Pellettüzelők. A hagyományos fatüzelő kazánok a klasszikus szilárdanyag-tüzelők közé tartoznak. A tűztér kétaknás, a faanyag rostélyon ég, és a keletkező füstgázokkal a melegvizes hőcserélőben keringtetett vizet mint hőhordozót melegítik. A melegvizet a fűtőrendszer szivattyúja keringteti, és a hőenergia leadása radiátorokon történik. A kazánban darabos fa elégetésére kerül sor, a tüzelőanyag betáplálása Kamine sind in letzter Zeit wichtige Elenente der Heizung geworden. Früher und auch heute sind sie zum Teil Wohnungseinrichtungsgegenstände, zum Teil Heizungseinrichtungen, aber auch unentbehrliche Elemente der Showheizung. Seine früheren Varianten hatten einen wichtigen Nachteil : den schlechten energetischen Wirkungsgrad. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, wurden sog. Kassettenkamine entwickelt, die geschlossene Metallfeuerräume mit geeigneten durchsichtigen Glasoberflächen, und mit Luftventilen. Die im Feuerraum freigewordene Wärmeenergie wird von der Oberfläche der Metallkassette mit natürlicher oder künstlicher Luftbewegung zur zu heizenden Stelle gebracht. Neuerdings wird der hintere Teil der Kassette als Wärmetauscher ausgebildet, so hat man die Möglichkeit außer Showheizung auch zur Ausnutzung des Kamins des Heizungssystems mit Warmwasser. Der Brennstoff der Kassettenkamine ist Kaminholz, Biobrikett. Heutzutage verbreiten sich immer mehr die Kleinkessel, die mit Biomasse heizen. Sie dienen zur Wärmeproduktion, sie werden für Heizung entweder mit Luft- Zirkulation oder mit Warmwasserzirkulation genutzt. Ihre übliche Leistung ist kw. Die wichtigsten Varianten sind : - traditionelle Kessel mit Holzfeuerung, - holzvergasende Kessel, - Kessel mit Scheitholzfeuerung, - Kessel mit Pelletfeuerung. Die traditionellen Kessel mit Holzfeuerung gehören zu den klassischen festen Brennstoffen. Der Feuerraum hat zwei Schachten, der Holzstoff brennt auf dem Gitter, und das Wasser als Wärmeträger im Warmwasser- Wärmetauscher wird mit den entstehenden Rauchgasen erwärmt. Die Pumpe des Heizungssystems zirkuliert das Warmwasser, Die Auslassung der Wärmeenergie passiert 20 Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse 21

12 8. ábra Abbildung ábra Abbildung 9. Gázosító fatüzelõ-kazán elvi elrendezése. (kép :HDG) Theoretische Anordnung des Vergasungskessels mit Holzfeuerung. Pellettüzelõ 80 kw teljesítménnyel. (BIOLÁNG) Pelletverbrenner mit einer Leistung von 80 kw. (BIOFLAMME) kézzel és szakaszosan történik. Az ilyen kiskazánok a legolcsóbbak, de átlagos hatásfokuk a legalacsonyabb (60-65 %). A fagázosító kazánokban az égés jobb vezérelhetősége, és ennek megfelelően a jobb hatásfok elérése céljából a biomassza kigázosodását és a keletkezett gázok elégetését térben szétválasztják. A megoldás előnye az, hogy a kigázosodás közben keletkező gázokhoz mindig a legmegfelelőbb arányban keverhető az égést tápláló levegő, így az égetés hatásfoka lényegesen javul, és a szálló porok mennyisége is csökken. Az ilyen kazánokban a levegőellátást füstgázventillátor, lambdaszonda és egyéb vezérlő elemek alkalmazásával 90 %-ot meghaladó hatásfok érhető el. A kazánhoz a klasszikus melegvizes fűtőrendszert hőtároló bojlerrel egészítik ki. A gázosító kazánokban darabolt fa és energetikai tömörítvény használható. A hasábfa-tüzelő kazánok a fagázosító kazánok nagyobb méretű változatai, melyekbe a hagyományos tűzifa (1 m hosszú, legnagyobb keresztmetszeti mérete 25 cm) jelentősebb mennyisége tárolható be, és folyamatos égés mellett, automatikák felhasználásával órán keresztül üzemelnek. Az ilyen berendezések tartóségési előnyeit a viszonylag nagy tüzelőanyag-aknák mellett lehet kihasználni, ezért kw teljesítményű változataik készülnek lakóközösségek (4-6 lakás közös fűtése) vagy gazdasági létesítmények fűtésére. Tüzelőanyaguk a hasábfa. A pellettüzelőket egy speciális biomassza-energiahordozó, az energetikai pellet hasznosítására fejlesztették ki. A hagyományos biomasszatüzelés gazdasági szempontból ugyan előnyös (1 GJ energia ára kisebb, mint a gázzal történő hőtermelésnél), de a szilárdanagtüzelők használatának komfortfokozata nem éri el a gáztüzelőkét. Problémát okoz az, hogy a tüzelőanyagot kézzel, viszonylag gyakran kell a tüzelőberendezésbe an den Heizkörpern. Im Kessel wird stückiges Holz gebrannt, das Eingeben des Brennstoffes geht mit Händen und etappenmäßig. Die solchen Kleinkessel sind am billigsten, aber ihr durchschnittlicher Wirkungsgrad ist am niedrigsten. (60-65 %) In den holzvergasenden Kesseln werden die Vergasung der Biomasse und die Verbrennung der entstehenden Gasen im Raum getrennt, damit das Brennen besser gesteuert werden kann, und damit ein besserer Wirkungsgrad erreicht wird. Der Vorteil der Lösung ist, dass man zu den während Vergasung entstehenden Gasen immer im besten Verhältnis die das Brennen unterhaltende Luft rühren kann, so bessert sich der Wirkungsgrad wesentlich, und es gibt weniger fliegende Staube. In den solchen Kesseln kann man einen Wirkungsgrad über 90 % erreichen, mit Hilfe von Rauchgasventil, Lambdasonde, und anderen Steuerelementen. Im Kessel wird das klassische Warmwassersystem mit Warmwasserspeicher ergänzt. In den Vergasungskesseln kann man stückiges Holz und energetische Verdichtung benutzen. Kessel mit Scheitholzfeuerung sind größere Varianten von Holzvergasungs-Kesseln, in die eine größere Menge von traditionellem Brennholz eingegeben werden kann, (1Meter lang, Querdurchschnitt 25 cm). Bei fließendem Brennen, mit Automatik funktionieren sie Stunden lang. Die Vorteile dieser Einrichtungen können neben den relativ großen Brennstoff-Schachten genutzt werden, deshalb werden Varianten mit Leistung von kw für Heizung der Wohnungsgemeinschaften (gemeinsame Heizung von 4-6 Wohnungen), oder Wirtschaftseinrichtungen. Ihr Brennstoff ist das Scheitholz. Die Pelletverbrenner wurden für Ausnutzung eines speziellen Biomasse-Energieträger, des energetischen Pellets entwickelt. Die traditionelle Biomasse-Heizung ist wirtschaftlich vorteilhaft,aber der Komfortgrad der Benutzung der festen Brennstoffe erreicht nicht den der Gas-Brennstoffe. Probleme bedeutet, dass der Brenn- rakni, és a tűz leégését követően a fűtés kimarad. Az utóbbi időben a földgáz ára rohamosan nő, ez a tendencia a továbbiakban is jellemző lesz. Szükségessé vált tehát egy olyan biomassza-tüzelő kifejlesztése, amelyek a gáztüzelő rendszerekben a gázkazánok kiváltására alkalmas. A tüzelőanyag a pellet, amely lignocellulózokból (faporok, szalma, energiafű, energianád, stb.) készül. Az alapanyagok aprítását-szárítását követően belőlük tömörítő (pellettáló) gépen viszonylag nagy sűrűségű ( kg / m 3 ), kis nedvességtartalmú (10 %), kis hamutartalmú (0,5-3,5 %), és nagy fűtőértékű (17-20 MJ / kg), kis szemcseméretű tüzelőanyagot állítanak elő, amely csigás vagy tólófejes adagolóval a szükség szerint adagolva juttatható a tűztérbe, tehát az adagolás automatizálható. Az égéslevegő adagolása is automatizálható, tehát a pellettüzelő szilárd biomnaszszát égető, de a gázkazán komfortosságával üzemelő, igen jó hatásfokú tüzelőberendezés. Kisteljesítményű (10-25 kw) változata családi házak fűtéséhez, kw teljesítményű változatai közösségi létesítmények (iskolák, óvodák, kisebb egészségügyi létesítmények) hőellátásához, a nagyobb teljesítményű berendezések (500 kw fölött) gazdasági létesítmények, hőszolgáltatók igényeinek kielégítéséhez alkalmasak, a gázkazánok helyére építve. Az ipari biomassza tüzelők hőtermelésre és áramtermelésre (csak áram, vagy kogeneráció) használt nagyberendezések. Teljesítményük 1-50 MW közötti. Tüzelőanyaguk aprított biomassza (faapríték, szalmavagy nádapríték, stb.), ebnergetikai tömörítvény (pellet, biobrikett) vagy bála. A csak hőtermelőkben a hőhordozó lehet melegvíz, forró víz, vagy gőz. A hőhordozókat fűtőkörökben keringtetve a rendszerrel fűteni vagy használat melegvizet szolgáltatni lehet. Jelenleg néhány távhőszolgáltató lakótelepet, városrészeket fűt ilyen módon. A jövőben a megoldás szerepe várhatóan nő, mert a távhőszolgáltatók stoff mit Händen, relativ oft in die Heizungseinrichtung eingegeben werden soll, und nach dem Abbrennen des Feuers fällt die Heizung aus. In den letzten Zeiten erhöht sich schnell der Preis des Erdgases, diese Tendenz bleibt auch im Weiteren so. Man braucht also die Entwicklung eines solchen Biomasse-Brennstoffes, der geeignet ist, die Gaskessel auszulösen. Der Brennstoff ist das Pellet, das aus Lignozellulosen gemacht wird. (Holzstaube, Stroh, Energiegras,, Energieschlifrohr, usw.) Nach der Zerkleinerung und Trocknung der Grundstoffe kann man an der Stauchvorrichtung Brennstoff produzieren, mit großer Dichte ( kg / m3), mit niedrigem Feuchtigkeitsinhalt (10 %), mit niedrigem Ascheninhalt (0,5-3,5 %), mit hohem Brennwert (17-20 MJ / kg) und mit kleiner Körnchengröße. Dieser Brennstoff kann mit einem Dosierer mit Winde oder Schiebkopf in den Feuerraum dosiert eingegeben werden, also die Dosierung kann automatisiert werden. Die Dosierung der Brennluft ist auch automatisierbar, also der Pelletverbrenner ist Heizungseinrichtung, die feste Biomasse brennt, mit dem Komfort des Gaskessels funktioniert, und guten Wirkungsgrad hat. Die Varianten mit kleiner Leistung (10-25 kw) sind geeignet für Heizung von Familienhäusern, mit kw für Schulen, Kindergärten, kleinere Gesundheitseinrichtungen, mit über 500 kw für wirtschaftliche Einrichtungen, Wärmeleister. Aufgebaut auf der Stelle der Gaskessel. Die industriellen Biomassen-Kessel sind große Einrichtungen, die für Wärmeproduktion, und Stromproduktion genutzt werden. Ihre Leistung ist zwischen 1-50 MW. Ihr Brennstoff ist zerkleinerte Biomasse (Holzstücke, Stroh- oder Rohrstücke, usw.), oder energetische Verdichtung (Pellet, Biobrikett) oder energetischer Ballen. Wärmeträger nur in den Wärmeerzeugern können Warmwasser, Heißwasser, oder Dampf sein. Die Wärmeerträger zirkulieren in Heizungskreisen, und damit kann man Warmwasser geben. Einige Fernwärmeversorgungsfirmen heizen heute so Wohnsiedlung, Stadtteile. 22 Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse 23

13 10. ábra Abbildung 10. Biomassza (faapríték) tüzelésû távfûtõmû napkollektoros rendszerrel kombinálva Urbersdorfban (Ausztria, Burgenland). (340 m 2 kollektorfelület és 650 kw-os biomasszakazán). jelenleg földgázbázison működnek, de a gázárak gyors növekedése miatt a biomassza-tüzelés már gazdaságosabb lenne. A biomassza-tüzelők áramtermelésre is felhasználhatók. Jelenleg négy alapmegoldás ismert : együttégetés, biomasszatüzelés áramtermelés céljával, biomasszatüzelés áram és hőtermelés céljával (kogenerációs erőmű), biomasszatüzelés hőtermelés céljával. Együttégetés : a szenet vagy lignitet tüzelő berendezésben az alapanyaghoz biomasszát kevernek. Előny : égés közben a biomassza bázikus hamuja megköti a szénből keletkező SO 2 egy részét, emellett növelhető a teljesítmény a CO 2 emisszió növelése nélkül. Erőművekben alkalmazzák a technológiát % biomasszahozzákeveréssel. Biomassza-tüzelés csak áramtermelés céljával úgy folyik, hogy a biomasszából hőt előállítva áramot termelnek. A hulladékhőt elhűtik. Nem gazdaságos megoldás,mert a hatásfok kicsi, és a környezetre is káros (a környezet hőterhelése), ezért ma már csak kivételes esetekben alkalmazzák. Biomassza-tüzelés áramtermelés céljával, kogenerációban erőművekben történik. A technológia alkalmazásához vagy a korábban széntüzelésű erőműveket állítják át biomassza-tüzelésre, vagy zöldmezős beruházással új erőművet létesítenek. Az előbbi Magyarországon alkalmazott, az utóbbi megoldás a Ny-Európai országokra jellemző. Az átalakított technológiákban elsősorban faaprítékot égetnek fluidágyas rendszerekkel, az új technológiák bálatüzeléssel is ismertek. Magyarországon a 60 % együttes hatásfok kogenerációban történő elérése irányba hatnak az előírások. A biomasszatüzelés hőtermelés céljával a Fernheizwerk mit Biomassen-Heizung, kombiniert mit Sonnenkollektoren- System in Ubersdorf (Österreich, Burgenland). (Kollektorenoberfläche : 340 m 2, und Biomassen-Kessel mit 650 kw). Die Rolle dieser Lösung wächst voraussichtlich in der Zukunft. Die Fernwärmeversorgungsfirmen arbeiten jetzt auf Erdgasbasis, aber die Gaspreise werden immer höher, so wäre Biomassen-Heizung schon ökonomischer. Die Biomassen-Brennstoffe können auch zur Stromproduktion genutzt werden. Jetzt sind 4 Grundlösungen bekannt : Zusammenbrennen Biomassen-Heizung wegen Stromproduktion Biomassen-Heizung wegen Strom-, und Wärmeproduktion (Kogenerationskraftwerk) Biomassen-Heizung wegenwärmeproduktion Zusammenbrennen : in der Kohle oder Lignit brennenden Heizungseinrichtung wird zum Grundstoff Biomasse gerührt. Vorteil : 1. die basische Asche der Biomasse während des Brennens bindet einen Teil des aus Kohle entstehenden SO2, 2. so kann die Leistung ohne Steigerung der CO2-Emission gesteigert werden. Die Technologie wird in den Kraftwerken mit Beimischung von % Biomasse genutzt. Die Biomassenheizung nur wegen Stromproduktion verläuft so, dass aus der Biomasse mit Wärmeproduktion Strom produziert wird. Die Abfallwärme wird abgekühlt. Das ist keine wirtschaftliche Lösung, denn der Wirkungsgrad ist klein und auch umweltschädlich (Wärmebelastung der Umwelt), deshalb wird sie heute nur sehr selten genutzt. Die Biomassen-Heizung wegen Stromproduktion passiert in Kogeneration, in den Kraftwerken. Zur diesen Technologie werden die früher mit Kohle funktionierenden Kraftwerke auf Biomassen-Brennen umgestellt, oder neue Kraftwerke mit der Investition auf der grünen Wiese gegründet. Die erste Lösung wird in Ungarn gemacht, die zweite in den westeuropäischen Ländern. In den umgestellten Technologien werden Holzstücke verbrannt, mit fluiden Systemen, die neuen Technologien sind auch mit Ballenbrennen bekannt. In Ungarn wollen wir den gemeinsamen leggyakoribb megoldás. A rendszerek ma már igen jó hatásfokkal (80 %-ot meghaladó) működtethetők, ezért a jövőben egyre több esetben kerül majd alkalmazásra a biomassza-tüzelés mindenek előtt a távhő- illetve a használati melegvíz-szolgáltatásban (HMV). A kis- és közepes teljesítményű (500 kw- 5 MW) biomassza-tüzelőket egyre gyakrabban használják egyéb megújulókkal kombinálva. Leggyakoribb a bioszolár rendszer, melynél biomassza kazán és a csatlakozó rendszer található a kazánházban, a tetőt viszont napkollektorokkal építik meg, és nyáron (fűtési idényen kívül a kazán nem üzemel) a HMV előállítását napenergiával biztosítják. A teljes évi energia-menynyiségnek %-át állítják elő így napenergiával, a többit biomasszával. A biogáz előállításának legelterjedtebb módszerei Külföldön (elsősorban Kínában és Indiában) legnagyobb számban kis, családi méretű biogáztermelő aknák létesültek. Az infrastruktúrával nem rendelkező régiókban kis berendezésből több, mint 10 millió darab üzemel. A nagyobb szennyvíztisztító telepeken évtizedek óta alkalmazzák az un. folyékony biogáztermelő technológiát. A biológiai tisztítás során keletkező fölös iszapot 4-6 % szárazanyag-tartalomra besűrítve iszaprothasztóba vezetik. A keletkező biogázt a szennyvíztisztító telep saját energiaellátására hasznosítják. A kirothadt iszapot víztelenítés után komposztálják, a csurgalék vizet tisztításra visszavezetik a szennyvíztisztítási technológiára. Az elmúlt két évtizedben Európa szerte igen dinamikusan terjed az állattartó telepeken keletkező trágya hasznosítására az un. nedves eljárás. Az eljárás lényege, hogy speciális, aprítókéses szivattyúkkal és keverőkkel 12 % szárazanyag tartalmú trágya homogenizálása, szállítása és keverése is megoldható. A magasabb szárazanyag tartalmú trágya hasznosítása kisebb fermentor térfogatot igényel. Világszerte erős a törekvés az un. száraz % szárazanyag-tartalmú biomassza hasznosítására alkalmas technológiák fejlesztésére. Az eljárás lényege, hogy az almos állattartás során keletkező trágyából állít elő biogázt és biotrágyát. A biogáz hasznosítása megegyezik az előzőekkel. A keletkező biotrágya a hagyományos trágyaszóró gépekkel juttatható ki a mezőgazdasági területre. Biogáz-telepet biológiai hulladékokkal, moslékkal, szerves trágyával, mezőgazdasági melléktermékekkel, illetve ezek kombinálásával lehet üzemeltetni. A zárt fermentálóban az anerob baktériumok a biológiai hulladékokat lebontják és nagy metán gáz-tartalmú, MJ / m 3 fűtőértékű biogázt állítanak elő. A fermentálás után a nitrogén tartalmú folyadékot mint jó minőségű trágyát a szántóföldekre, szerves trágyaként lehet kijuttatni. A keletkezett gázt megfelelő komprimálás után közvetlenül gázmotorokban, kazánokban fel lehet használni, illetve gázhálózaton vagy palackozás útján más felhasználóhoz is el lehet juttatni. A gázmotorok által termelt elektromos energiát amennyiben helyi felhasználó nincs az elektromos hálózatba lehet táplálni. A gázmotorok hűtésekor kinyer- Wirkungsgrad von 60 % in Kogeneration erreichen. Die Biomassen-Heizung wegen Wärmeproduktion ist die häufigste Lösung. Die Systeme können heute schon mit einem sehr guten Wirkungsgrad (über 80 %) betätigt werden, deshalb nutzt man immer häufiger in der Zukunft die Biomassen-Heizung vor allem in den Fernwärme-, und Warmwasserversorgungen. Die Biomassen-Brennstoffe mit kleiner und mittelgroßer Leistung (500 kw-5 MW) werden immer mehr kombiniert mit anderen immer vorhandenen Energieträger. Am häufigsten ist das Biosolar-System, wo sich der Biomasse-Kessel, und das Verbindungssystem im Kesselhaus befindet. Das Dach wird mit Sonnenkollektoren aufgebaut und im Sommer wird (außer Heizsaison funktioniert der Kessel nicht) die Produktion von Wärme und Warmwasser mit Sonnenenergie gesichert % der Energiemenge im ganzen Jahr wird so mit Sonnenenergie erzeugt, den anderen Teil mit Biomasse. Die weit verbreiteten Methoden der Biogas-Produktion Im Ausland (vor allem in China und Indien) wurden meistens kleine Biogas-produzierende Schachten gegründet. In den Regionen ohne Infrastruktur funktionieren mehr als 10 Millionen von den Einrichtungen. Auf den Abwasserreinigungslagern wird die sog. Fließendes Biogas-produzierende Technologie seit Jahrzehnten genutzt. Der übrige Schlamm, der durch biologische Reinigung entsteht, wird auf 4-6 % Trockenstoff-Inhalt eingedichtet und in die Schlammfaulenerrichtung geführt. Das entstehende Biogas wird für die eigene Energieversorgung des Abwasserreinigungslagers genutzt. Der ausgefaulte Schlamm wird nach Abwässerung kompostiert, das Rinnwasser wird zur Reinigung auf die Wasserreinigungstechnologie zurückgeführt. In den letzten zwei Jahrzehnten überall in Europa verbreitet sich dynamisch für die Ausnutzung des in den Tierhalteranlagen entstehenden Düngers, die sog. Feuchte Methode. Das Wesen der Methode ist : die Homogenisierung, der Transport und Beimischung des Düngers mit 12 % Trockensubstanzanteil ist auch mit speziellen Wiegemesser-Pumpen und Rührer lösbar. Die Ausnutzung des Düngers mit höherem Trockensubstanzanteil braucht kleineres Fermentationsvolumen. Weltweit strebt man immer mehr nach der Entwicklung der zur sog. (25-50 % Trockensubstanzanteil) trockenen Biomassen-Ausnutzung geeigneten Technologien. Das Wesen der Methode ist, dass sie aus während Tierhaltung entstehendem Dünger Biogas und Biodünger produziert. Die Ausnutzung des Biogases ist so wie vorgesagt. Der entstehende Biodünger kann mit den traditionellen Düngerstreuermaschinen auf die landwirtschaftlichen Gebieten ausgebracht. Biogas-Lager funktionieren mit biologischen Abfällen, mit Spülicht, mit organischem Dünger, mit landwirtschaftlichen Nebenprodukten beziehungsweise mit deren Kombination. In der geschlossenen Fermentationsanlage zerlegen die anaeroben Bakterien die biologischen Abfälle und sie produzieren Biogas mit Methangehalt und mit hohem Brennwert (19-25 MJ / m3. Nach der Fermentation kann die Flüssigkeit mit Stickstoffgehalt als Dünger von guter Qualität, auf die Acker als organischer Dünger ausgebracht werden. Das entstehende Gas kann nach geeigneter Komprimation direkt in Gasmotoren, Kesseln genutzt werden, 24 Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse 25

14 1 Biohulladék 2 Trágyalé 3 Elõkészítõtartály 4 Keverõtartály 5 Higiéniai tartályok (70 C) 6 Gõz 7 Bioreaktorok (37 C) 8 Fáklya 9 Gáztartály 10 Távfûtés 11 Trágyatartályok 12 Technológiai gõz 13 Hõerõmû 14 Trágya ábra Abbildung 11. Biogáztermelés szervestrágyából és a biogáz energatikai hasznosítása. Biogas-Produktion aus organischem Dünger und die energetische Ausnutzung des Biogases. hető hőenergiát (hulladékhő) távfűtésben, üvegházak fűtésénél, stb. illetve használati melegvíz előállítására lehet felhasználni. A keletkező biogáz tisztítására külön gondot fordítanak. Külön berendezést (SO 2 -mosót) alkalmaznak abban az esetben, ha H 2 S keletkezésével is számolni kell. HS-mosó alkalmazásával elérhető, hogy a biogáz felhasználása közben keletkező égésgázok nem, vagy csak határérték alatt tartalmaznak SO 2 -t. A technológiába egyre gyakrabban beépítik a gáztartályt. Ennek oka az, hogy a gáztermelés és a gázelvétel csak a legritkább esetben valósítható meg azonos és állandó gázárammal. A gázképzés és a gázfelhasználás közötti különbségeket gáztárolókkal egyenlítik ki. Az utóbbi időben nagyon terjednek a rugalmas lemezből készített un. : fóliatartályok. A biogáz energetikai hasznosítására két alaptechnológia terjedt el. Hőtermelés közvetlen elégetéssel. Ebben az esetben a gáz elégetése égőfejekben történik. A felszabaduló hővel hőhordozót melegítenek, és a hőenergiát fűtéshez, HMV előállításához használják fel. A gáz felhasználása hajtóanyagként belsőégésű motorban döntően villamos energia előállítására. Korábban a legelterjedtebb megoldás a hőtermelés volt. A hőigény azonban nagymértékben függ az évszakoktól, ezért egy egyenletesebb gázfelhasználás céljából az utóbbi időben hő- és villamos energia kapcsolt termelésében nagyobb lehetőségeket látnak. A villamosenergia-termeléshez három jól elkülöníthető megoldást alkalmaznak. Ezek a következők : generátorhajtás belsőégésű motorral, generátorhajtás gázturbinával, generátorhajtás gőzmotorral. A belsőégésű motorra alapuló technológia esetében a rendszer fő elemei : a fogadó és keverőtartály, Bioabfall 2 Jauche 3 Vorbereitungstonne 4 Mischtonne 5 Hygienische Tonnen (70 C) 6 Dämpfe 7 Bioreaktoren (37 C) 8 Brandfackel 9 Gasbehälter 10 Fernheizung 11 Jauchetonnen 12 Technologische Dämpfe 13 Heizkraftwerk 14 Dünger beziehungsweise an Gasnetz oder mit Flaschenabfüllung kann es zu anderen Benutzer gebracht werden. Der durch Gasmotoren produzierte Strom kann - wenn es keine Benutzer an Ort und Stelle gibt ins Elektronetz eingegeben werden. Die bei der Abkühlung der Gasmotoren gewinnbare Wärmeenergie (Abfallwärme) kann in der Fernheizung, in der Heizung der Treibhäuser usw. beziehungsweise für Erzeugung des Warmwassers genutzt werden. Auf die Reinigung des entstehenden Biogases wird große Sorgfalt verwendet. Man benutzt eine Extraeinrichtung (SO2-Reiniger) in dem Fall wenn man auch mit der Entstehung von H2S rechnen muss. Mit dem HS-Reiniger ist zu erreichen, dass die bei der Ausnutzung des Biogases entstehenden Brenngase nicht, oder nur unter dem gestatteten Wert SO2 enthalten. In die Technologie wird immer häufiger der Gasbehälter eingebaut. Der Grund dafür ist, dass die Gasproduktion und die Gasaufnahme nur sehr selten mit ständigem Gasstrom realisierbar ist. Die Unterschiede zwischen der Gasproduktion und dem Gasverbrauch werden mit Gasspeichern ausgeglichen. In letzter Zeit verbreiten sich sehr die sog. Folienspeicher, die aus flexiblen Platten gemacht werden. Für die energetische Ausnutzung des Biogases verbreiteten sich zwei Grundtechnologien. Wärmeproduktion mit direktem Brennen. In diesem Fall passiert das Brennen des Gases in Brennköpfen. Mit freiwerdender Wärme wird Wärmeträger erwärmt, und die Wärmeenergie wird für Heizung, und für Produktion von Warmwasser genutzt. Die Nutzung des Gases als Treibstoff im Motor entscheidend für Erzeugung von Strom Früher war die Wärmeerzeugung am meisten verbreitet. Der Wärmeanspruch hängt von den Jahreszeiten, deshalb um das Gas gleichmäßiger zu benutzen hat in letzter Zeit die miteinander verbundene Wärme-, und Stromenergie immer größere Rolle. Zur Stromproduktion werden drei Lösungen verwendet : a fermentor, a gáztartály, a kirohadt biotrágya tárolója, a gázmotoros energiaközpont, a biztonsági okok miatt a gázmotorral párhuzamosan kapcsolt égőfej. Egy 100 m 3 / nap tehéntrágyára (9-10 % szárazanyagtartalom) anyagbevitelre alapozott biogáztelepen 2500 m 3 űrtartalmú ENTEC-BIMA fermenter, 500 m 3 -es gáztartály,1050 kw névleges teljesítményű fáklya (150 m 3 / h) és gázmotoros generátor (240 kw elektromos, 365 kw termikus teljesítménnyel) található. A gázkihozatal m 3 / m 3 trágya, a keletkező gáz kb. 60 % CH 4 -t tartalmaz, a H 2 S tartalom <1000 ppm. A gáztartályból vételezett gáz energiatartalma a gázmotoros generátor üzemeltetésekor áramtermelésre (kb 30 %) és hőtermelésre használódik el. Az áram egy része értékesítésre kerül. Egy kisebb része (kb 20 %) a biogáz-üzem működtetéséhez szükséges. A keletkező hő az üzem létesítményeinek fűtéséhez, a fermentor fűtéséhez és forró víz előállítására (távfűtés) kerül felhasználásra. A napenergia-hasznosítók A napsugárzás hosszú hullámú hullámait hőtermelésre (napkollektor), a rövid hullámhosszú sugarakat közvetlenül áramtermelésre (fényelem) hasznosítjuk. Napkollektorok A napenergia hőtermelési célú technikája a kollektor. A kollektor csővezetékekkel (előremenő, visszatérő) kapcsolatban áll egy hőtárolóval, amelyben a kollektorkör hőcserélője is megtalálható. A kollektorkör (kollektor, előremenő cső, hőcserélő, szivattyú, visszatérő cső, biztonsági elemek) zárt rendszer, melyben a hőhordozó fagyálló folyadék. A hőhordozó közeg : propilénglikol fagyálló folyadék % fagyálló és % víz esetén a fagyáspont -22 ; -26 C. A hőhordozót motoros szivattyú keringteti. A kollektorral elnyelt hő a hőhordozóval a hőcserélőbe jut, és ott felmelegíti a tároló folyadékát. A tárolóból közvetlenül (átfolyós tároló) vagy közvetve (hőcserélőn keresztül) vihetjük el a hőt. Sokféle kollektor használatos : Szelektív síkkollektor : szelektív bevonatú abszorberrel, általában egyszeres üvegfedéssel készült kollektorok (a világon eladott kollektorok 90 %-a ilyen). Hő veszteségük jelentős részét a kollektor-házban lévő levegő hőátadása okozza. Általában kőzetgyapot hőszigetelést alkalmaznak. Vákuumcsöves kollektorok : ezeknél a kollektoroknál az elnyelő-lemezt üvegcsőbe helyezik, melyből a gyártás során kiszívják a levegőt. A kollektor több, egymás mellé helyezett vákuumcsőből áll. Előnyük a jó hőszigetelés, hátrányuk, hogy görbe üvegfelületüknek nagy reflexiója. Vákuumos síkkollektorok : egyesítik a vákuumcsöves kollektorok alacsony hőveszteségét és a síkkollektorok magas optikai hatásfokát. Szerkezeti kialakítása hasonló a szelektív síkkollektorhoz, de a kollektorház Generatorantrieb mit Motor Generatorantrieb mit Gasturbine Generatorantrieb mit Dampfmotor Im Fall dieser Technologie sind die Hauptelemente des Systems : der empfangende und der Mischungsspeicher der Fermentor der Gasspeicher der Speicher des ausgefaulten Düngers das Energiezentrum mit Gasmotor der Brennkopf, den man aus Sicherheitsgründen mir dem Motor paralell gebunden hat Auf einem Biogas-Lager, wo 100 m 3 / Tag Kuhmist (9-10 % Trockensubstanz) Stoffeingabe geplant ist, befinden sich ein ENTEC-BIMA Fermenter mit 2500 m 3 Volumen, ein Gasspeicher mit 500 m 3 Volumen, eine Fackel (150 m 3 / h) mit nomineller Leistung von 1050 kw, und Gasmotorengenerator (mit 240 kw elektrischer, 365 kw thermischer Leistung) Der Gasgewinn ist m 3 / m 3 Dünger, das entstehende Gas enthält zirka 60 % CH 4, der H 2 S-Gehalt ist 1000 ppm. Der Energiegehalt des aus dem Gasspeicher ausgenommenen Gases nutzt sich bei Betätigung des Gasmotorengenerators für Stromerzeugung (ungefähr 30 %) und für Wärmeerzeugung ab. Ein Teil des Stromes wird verkauft. Ein kleinerer Teil (ungefähr 20 %) braucht man zur Betätigung des Biogas-Betriebes. Die entstehende Wärme nutzt man für Heizung der Einrichtungen des Betriebes, des Fermentors und für Heisswasserproduktion (Fernheizung). Die Sonnenenergie-Ausnutzer Die langen Wellen der Sonnenstrahlung werden für Wärmeerzeugung (Sonnenkollektoren), und die kurzen Wellen für direkte Stromerzeugung (Lichtelement) genutzt. Sonnenkollektoren Der Kollektor ist die Technik zur Wärmeerzeugung. Der Kollektor steht mit Rohrleitungen (vorangehenden, zurückkehrenden) mit einem Wärmespeicher in Verbindung, wo sich auch Wärmetauscher des Kollektorkreises befindet. Der Kollektorkreis (Kollektor, vorangehendes Rohr, Wärmetauscher, Pumpe, Zurückkehrendes Rohr, Sicherheitselemente) ist ein geschlossenes System, wo der Wärmeträger frostbeständige Flüssigkeit ist. Das Wärmeträger-Mittel : frostbeständige Flüssigkeit aus Propilenglikol. Im Fall von % frostbeständiger Flüssigkeit und % Wasser ist der Gefrierpunkt -22, -26 C. Motorpumpe lässt den Wärmeträger zirkulieren. Die mit Kollektor verschlunkene Wärme kommt mit dem Wärmeträger in den Warmetauscher, und sie erwärmt da die Flüssigkeit des Speichers. Aus dem Speicher können wir die Warme direkt (Speicher mit Durchfliesser) oder indirekt (durch Wärmetauscher) Es gibt viele Arten von Kollektoren. Selektive Ebenkollektoren : Kollektoren mit Absorber mit selektiver Beschichtung und im allgemeinen mit einmaligem Glasdeckel. (90 % der in der Welt verkauften Kollektoren ist so) Den größten Teil ihrer Wärmeverlust verursacht die Wärmeübergabe der Luft im Kollektorhaus. Im allgemeinen wird Gesteinbaumwolle-Wärmeschutz genutzt. Kollektoren mit Vakuumrohr : hier wird die Absorberplatte ins Glasrohr getan, aus dem während der Produk- 26 Energianyerés biomasszából Energiegewinnung aus Biomasse A napenergia-hasznosítók Die Sonnenenergie-Ausnutzer 27

15 12. ábra Abbildung 12. Napkollektorok és napelemek egy napenergiát hasznosító ház tetõszerkezetén. légmentesen zárt, és az üveg fedőlap behorpadás ellen távtartó tüskékkel van alátámasztva. A vákuumot a kollektorok felszerelése után, a helyszínen hozzák létre. Nem szelektív síkkollektor : általában egyszeres üveg vagy polikarbonát lemez fedésű, nem szelektív elnyelő lemezzel rendelkező kollektor ( csináld magad gyártásúak). Alacsonyabb az optikai hatásfokuk és nagyobb a hőveszteségük. Lefedés nélküli nem szelektív síkkollektor : UV sugárzásnak ellenálló, fekete színű, műanyag vagy gumi anyagú csőjárásos lemezből készülnek. A gumianyagúakat szokás szolár szőnyegnek nevezni. Nincs dobozolás, lefedés, tehát nincs optikai veszteség, ezért nagy az optikai hatásfok, viszont nagy a hőveszteség. A napkollektorok hatásfokát meghatározó felületek : Bruttó kollektorfelület : A kollektor legnagyobb befoglaló felülete. Szabad üvegfelület : A kollektor azon üvegezett felülete, melyen keresztül a napsugárzás a kollektor belsejébe tud jutni. Abszorberfelület : A kollektor elnyelő lemezének felülete, ezt szokás nettó kollektorfelületnek is nevezni. Kollektor hatásfok = hasznosított hőenergia / kollktorfelületre érkező napsugárzás energiatartalma. Hatásfokot abszorberfelületre vagy szabad üvegfelületre szokás megadni. A napkollektorok jellemző veszteségei : Optikai veszteségek : az üvegfelület visszaverése és elnyelése, valamint az abszorberfelület visszaverése. Az optikai veszteségek nem függenek a kollektorok hőmérsékletétől. Hőveszteségek : a napsugárzás hatására felmelegedett abszorberlemez hősugárzása, a konvekció és a hőátadás útján létrejövő veszteségek. Ezek a veszteségek erősen függenek a kollektor és a környezeti levegő hőmérsékletkülönbségétől. Sonnenkollektoren und Photovoltaik auf dem Dachwerk eines Solarenergie nutzenden Hauses. tion die Luft ausgesaugt wird. Der Kollektor besteht aus mehreren nebeneinanderstehenden Röhren. Vorteil ist der gute Wärmeschutz, Nachteil ist, dass die krumme Glasoberfläche eine hohe Reflexion hat. Ebenkollektoren mit Vakuum : sie vereinigen die niedrige Wärmeverlust der Vakuumkollektoren und den hohen optischen Wirkungsgrad der Ebenkollektoren. Der Aufbau ist den selektiven Ebenkollektoren ähnlich, aber das Kollektorhaus ist luftdicht geschlossen, und die Glasdeckplatte ist gegen Eindruck mit Abstandsstacheln unterstützt. Das Vakuum wird nach der Ausrüstung der Kollektoren an Ort und Stelle zustandegebracht. Nicht selektiver Ebenkollektor : Im allgemeinen ist er ein Kollektor, der eine Deckplatte aus Glas oder Polikarbonat, und eine nicht selektive, verschlingende Platte hat. Sie haben niedrigeren optischen Wirkungsgrad und größere Wärmeverlust. Nicht selektive, bedeckungsfreie Ebenkollektoren : sie werden aus Platte gemacht, die der UV-Strahlung widersteht, schwarze Farbe hat, aus Kunststoff oder Gummi ist. Die Kollektoren aus Gummi nennt man Solarteppich. Es gibt keine Kartonierung, keine Bedeckung, also es gibt keinen optischen Verlust, deshalb ist der optische Wirkungsgrad so groß, aber groß ist auch der Wärmeverlust. Die den Wirkungsgrad der Kollektoren bestimmenden Oberflächen : Brutto Kollektoroberfläche : die größte einschließende Oberfläche des Kollektors. Freie Glasoberfläche : die verglaste Oberfläche des Kollektors, durch die die Sonnenstrahlung ins Innere des Kollektors kommen kann. Absorboberfläche : Oberfläche der einschließenden Platte des Kollektors, das nennt man auch Kollektoroberfläche Kollektorwirkungsgrad = ausgenutzte Wärmeenergie. Energiegehalt der auf die Kollektoroberfläche kommenden Sonnenstrahlung Den Wirkungsgrad gibt man für freie Glasoberfläche A napkollektorok hatásfoka nem állandó, pillanatnyi értéke függ a napsugárzástól, valamint a kollektor és a környezet hőmérsékletétől. Magyarországon egész éves használat esetén az optimális kollektorhelyzet os dőlésszögű és déli tájolású. A kollektorok párhuzamos kapcsolásával jelentős hőteljesítmények érketők el. Napelem A napelem a napenergiát közvetlen áramtermeléshez hasznosítja. A napelem áramtermelő eleme az a kristályállomány, amelyben a fénysugarak hatására áram termelődik. A fotovoltaikus berendezésekben használatos kristályok lehetnek amorf-, poly- és minokristályok, anyaguk változó. A lényeg az, hogy a kristályok félvezetőként működjenek. A napelemek cellákból épülnek fel, a cellák soros és párhuzamos kapcsolásaival elérhető, hogy megfelelő feszültségű és erősségű áram jöjjön létre. A napelemek a primer oldalon egyenáramot szolgáltatnak. A napelemek törpe-, kis- és ipari feszültségek előállításához készülnek. A törpe feszültségű napelemek viszonylag elterjedtek (számológépek, mobil telefonok) és működésük közben 1-2 volt feszültség mellett néhány ma áramerősséggel üzemeltetik a hozzájuk rendelt készüléket. A fényhatás megszűnésekor az áramszolgáltatás is megszűnik. Kisfeszültségű napelemek a szokásos 12 V ill. 24 V feszültségű áramot állítják elő. Ilyen feszültségű áram előállítása már csak tápegység formájában gazdaságos (napsütés hiányában is szolgáltat áramot) ezért a napelemhez feszültségszabályozó és akkumulátor is csatlakozik. Az akkumulátorok töltése történik akkor, amikor a nap süt, és az áramtermelés megfelelő feszültség mellet és kellő áramerősséggel folyik. Ha a napkollektor szolgáltatta feszültség nem éri el az akkumulátor(ok) feszültségét, akkor egy feszültségszabályozó leválasztja a rendszerről. A fogyasztó az akkumulátorról veszi le a számára szükséges energiát. Ha a fogyasztó egyenáramot igényel az akkumulátorokkal elérhető feszültségek mellett, akkor a fogyasztót elválasztó kapcsolókon keresztül csatlakoztathatjuk. Ipari feszültségű áramot állítunk elő, ha a fogyasztó nagyobb feszültséget, és váltóáramot igényel. Ilyen esetben az akkumulátorokhoz inverter kapcsolódik. Az inverter az akkumuláror áramából nagyobb feszültségű (220 / 380 V) és váltóáramot állít elő, így a hagyományos hálózatról üzemelő fogyasztók is csatlakoztathatók. A napelemekkel előállított villamos energia háromféle módon hasznosítható : szigetüzemben hálózatra csatlakoztatva, és hibridüzemben. Szigetüzemben a napelem, az akkumulátorok és az inverter képez egy egységet. A rendszer a fogyasztók folyamatos áramellátására alkalmas akkor, ha egy hosszabb időszakon belül a az áramtermelés és a fogyasztás intenzitása is változó, de az akkumulátorok kapacitása lehetővé teszi az eltérések kiegyenlítését, a oder Absorboberfläche Die charakteristischen Verluste der Sonnenkollektoren : Optische Verluste : der Rückschein und die Absorption der Glasoberfläche, und der Rückschein der Absorboberfläche. Diese Verluste hängen von der Temperatur der Kollektoren nicht ab. Wärmeverluste : die Wärmestrahlung der durch Sonnenstrahlung erwärmten Absorbplatte, die durch Konvention und Wärmeübertragung entstehenden Verluste. Diese Verluste hängen stark vom Temperaturunterschied des Kollektors und der Luft. Der Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren ist nicht konstant, der momentane Wert hängt von der Sonnenstrahlung und der Temperatur des Kollektors und der Umwelt ab. In Ungarn ist die ideale Kollektorlage bei ganzjährigem Verbrauch Grad Einfallwinkel und südlich orientiert. Mit der Paralellschaltung der Kollektoren sind bedeutende Wärmeleistungen zu erreichen. Photovoltaik Sie nutzt die Sonnenenergie für direkte Stromerzeugung. Das stromerzeugende Element ist die Kristallsubstanz, in denen durch Lichtstrahlen Strom entsteht. In den Einrichtungen können die Kristalle Amorf-, Poly-, und Minokristallen sein, ihre Substanz ist veränderlich. Am wesentlichsten ist, dass die Kristalle als Halbleiter funktionieren. Die Photovoltaik bestehen aus Zellen, mit Reihenund Paralellschaltung der Zellen kann erreicht werden, dass Strom mit geeigneter Spannung und Stromstärke entsteht. Die Photovoltaik geben an der primären Seite Gleichstrom. Die Photovoltaik produziert man zu der kleinen, großen und industriellen Spannung.Die Photovoltaik mit kleiner Spannung sind relativ verbreitet (Rechenmaschinen, Mobiltelefone), während ihres Funktionierens betätigen sie bei 1-2 Volt Spannung die Einrichtung mit einigen ma Stromstärke. Nach der Lichtwirkung wird auch die Stromversorgung eingestellt. Die Photovoltaik produzieren den gewöhnlichen Strom mit 12V beziehungsweise 24V Spannung. Die Erzeugung des Stromes mit solcher kleinen Spannung ist schon nur in Form von Einheit wirtschaftlich (ohne Sonnenschein gibt sie auch Strom), deshalb schließen sich auch Spannungsregulator und Akkumulator zur Photovoltaik. Es passiert die Ladung der Akkumulatoren, wenn die Sonne scheint, und die Stromproduktion verläuft bei geeigneter Spannung und Stromstärke. Wenn die Spannung nicht so groß ist wie die der Akkumulatoren, dann trennt sie ein Spannungsregulator vom System. Der Benutzer nimmt die für ihn nötige Energie vom Akkumulator. Wenn der Benutzer Gleichstrom mit den erreichbaren Spannungen braucht, dann können wir den Benutzer durch Trennschaltern anschließen. Wir produzieren industrielle Spannung, wenn der Benutzer größere Spannung und Wechselstrom braucht. In diesem Fall schließt sich ein Inverter zu den Akkumulatoren an. Der Inverter produziert aus dem Strom des Akkumulators größere Spannung und Wechselstrom, so kann man auch die Benutzer vom traditionellen Netz anschließen. Der mit Photovoltaik produzierte Strom kann auf dreierlei Art ausgenutzt werden : im Inselbetrieb zum Netz angeschlossen im Hybridbetrieb 28 A napenergia-hasznosítók Die Sonnenenergie-Ausnutzer A napenergia-hasznosítók Die Sonnenenergie-Ausnutzer 29

16 13. ábra Abbildung 13. Napelemekkel létesített naperõmû. többletáram tárolását, illetve a többletfogyasztási igény kielégítését. A hálózatra termelés esetében a napelemekhez inverter és hálózati csatlakoztató-szinkronizáló kapcsolódik. Napsütés esetén a termelt egyenáramból az inverter váltóáramot állít elő, és ha az áram frekvenciája illetve feszültsége harmonizál a hálózat hasonló paramétereivel, akkor az automatika csatlakoztatja a hálózathoz, ettől eltérő esetben leválasztja arról. Viszonylag nagy teljesítményű rendszereknél alkalmazzák ezt a megoldást, többnyire hálózati szigetüzemben. A hibrid megoldás lényege az, hogy a napelemek és az akkumulátorok kapacitását a lokális energiaigény maximumához illesztik, de a hálózatra fellépés feltételeit is megteremtik Alapesetben a napelem és tartozékai kiszolgálják a helyi fogyasztót. Ha a fogyasztó nem igényel áramot, az automatika a rendszert hálózatra csatlakoztatja. Ha a helyi energiaellátás nem elégséges, az automatika a napelemes rendszert leválasztja, és a fogyasztó a hálózatról vételez áramot. A napelemek használata ma még túl drága, ezért csak támogatás mellett, vagy speciális körülmények között (pl. a hálózatra csatlakozás a hálózat és a fogyasztó közötti nagy távolság (tanya, hegytetőn adótorony vagy átjátszó) miatt nagyon nagy beruházást igényelne, vagy a fogyasztó mobil) indokolt. Passzív napenergia-hasznosítás Passzív napenergia-hasznosítás esetében a napsugárzást az épületek szerkezeti kialakításával hasznosítjuk. Megfelelően tájolt, a napsugárzást igény esetén elnyelő és tároló, de a túlzott nyári napsütéstől védett épületekkel az épületgépészeti energiaigény jelentősen csökkenthető. A passzív napenergia-hasznosítás esetében a napsugárzást az épületek célszerű szerkezeti kialakításával hasznosítjuk. Megfelelően tájolt, a napsugárzást igény Solarkraftwerk mit Photovoltaik. Im Inselbetrieb bilden die Akkumulatoren die Photovoltaik und der Inverter eine Einheit. Das System ist für ständige Stromversorgung der Benutzer, wenn die Intensität der Stromversorgung und des Stromverbrauches innerhalb einer langen Periode veränderlich ist, aber die Kapazität der Akkumulatoren ermöglicht den Ausgleich der Abweichungen, die Lagerung des Mehrstromes, und die Befriedigung des Mehrverbrauchanspruches. Im Fall der Produktion fürs Netz schließen sich Inverter und Netzanschlußsynchronisator zu den Photovoltaik an. Der Inverter produziert aus dem produzierten Gleichstrom im Sonnenschein Wechselstrom, und wenn die Frequenz und die Spannung des Stromes mit den ähnlichen Parametern des Netzes harmonisiert, dann schließt die Automatik den Inverter ans Netz an, im anderen Fall trennt sie ihn davon. Bei Systemen mit relativ großer Leistung wird diese Lösung verwendet, meistens im Netzinselbetrieb. Das Wesen der hybriden Lösung : die Kapazität der Photovoltaik und Akkumulatoren wird ans Maximum des lokalen Energieanspruchs angepasst, aber auch die Bedingungen des Anschlusses zum Netz werden geschaffen. Im Grundfall bedienen die Photovoltaik und ihre Zubehöre den Benutzer an Ort und Stelle. Wenn der Benutzer keinen Strom braucht, schließt die Automatik das System ans Netz an. Wenn die Stromversorgung an Ort und Stelle nicht befriedigend ist, trennt die Automatik das Photovoltaiksystem, und der Benutzer nimmt Strom vom Netz. Die Nutzung der Photovoltaik ist heute noch zu teuer, deshalb ist sie nur mit Unterstützung oder unter speziellen Bedingungen begründet. Z.B. : die große Distanz zwischen dem Netz und dem Benutzer, Bauernhof, Funkturm auf dem Berggipfel. Passive Sonnenenergie-Ausnutzung Im Fall der passiven Sonnenenergie-Ausnutzung wird die Sonnenstrahlung durch die zweckmäßige, strukturelle Ausgestaltung der Gebäude ausgenutzt. Mit den Gebäu- esetén elnyelő és tároló, de a túlzott nyári napsütéstől védett épületekkel a termikus épületgépészeti energiaigény jelentősen csökkenthető. Passzív rendszerek : Közvetlen : az ablakfelületeken a helyiségbe jutó napsugárzást közvetlenül hasznosítják, a falak, födémek, berendezési tárgyak felmelegszenek, az energia egy részét átadják a levegőnek, részben belső tömegükben tárolják. Termosztatikus radiátorszelepeket célszerű alkalmazni. Naptér : az épület fűtött helyiségeihez csatlakozó a külső környezettől üveg határoló felületekkel elválasztott közvetlen besugárzású tér, hagyományos fűtőberendezés nélkül, pl. falusi üvegezett tornác. Az energiát az alsó födém (padozat) és a hátsó, épület felőli fal tárolja. Nyáron túlmelegszik, télen hőszigetel. Az éves fűtési megtakarítás % is lehet. Trombe-fal : Felix Trombe francia építész találmánya. A napteret egy keskeny légtér váltja fel az energiatároló fal előtt. Napos időben cirkuláltatják a levegőt, éjjel a cirkulációt szüneteltetik. Passzív napenergia-hasznosítás eszközei : Az épület helyes tájolása : növelhető vele a direkt és a szórt sugárzásból begyűjthető energia. Hőveszteség csökkentése : az adott épület térfogatát célszerű minimális felülettel magvalósítani. Ezzel ellentétesek lehetnek a célszerűségi, esztétikai megfontolások. Hőszigetelés : az épület különböző elemei lehetőleg azonos hőszigetelő képességgel rendelkezzenek. Megfontolt szellőztetés : a túlzott mértékű szellőztetés is fölösleges hőveszteséget okoz, ezért pl. az ablakkeretbe épített, páratartalomra nyitó zsalu megoldást jelent. A szélerőművek üzemeltetése A szélerőműveket napjainkban mint áramtermelő megoldásokat ismerik, de meg kell említeni a szélenergia mechanikai rendszerekkel történő hasznosítását is. Ilyen megoldás a szélenergiával működtetett vízszivattyú (hollandiában szerepük igen nagy) vagy a szélenergiával működtetett vízforgató (halastavak levegőztetéséhez), esetleg a szennyvíztavak levegőztetéséhez kompresszort hajtó szélkerék. Ezeknél a megoldásoknál a szélkerék forgó mozgását mechanikai áttételekkel továbbítják a hajtott elemekhez. Rendkívül egyszerű, hatékony és gazdaságos megoldások. A bemutatott megoldásoknál ismertebben az áramtermelő szélerőművek, ezért a továbbiakban ezekkel foglalkozunk. A szélerőműveket általában két módon üzemeltetik : Szigetüzemben, azaz a termelt villamos energiát saját célra, a közcélú elosztóhálózattól függetlenül hasznosítják. A villamos áram hálózatra kapcsolva, azaz a villamos áramot közcélú elosztóhálózatra táplálva. A rákapcsolást úgy is ki lehet alakítani, hogy a szélgenerátorral mindkét üzemmódot meg lehessen oldani. A szélgenerátor hálózatra való csatlakoztatásánál általában az alábbi szempontokat kell figyelembe venni : den, die entsprechend orientiert sind, die die Sonnenstrahlen nach Ansprüchen absorbieren und speichern, aber vor dem Sonnenschein allzu sehr geschützt sind, kann der thermische installationstechnische Energieanspruch sehr vermindert werden. Passive Systeme : Direkt : sie nutzen die durch Fenster in den Raum kommende Sonnenstrahlung direkt aus, die Wände, die Decken, Einrichtungsgegenstände erwärmen sich, sie übergeben der Luft einen Teil der Energie, sie speichern sie zum Teil in ihrer innerlichen Masse. Thermostatische Radiatorklappen sind zweckmäßig. Sonnenraum : ein direkt besonnter Raum, der sich an die geheizten Räumen des Gebäudes anschließt, der von der Umwelt mit verglasten Oberflächen getrennt ist, ohne traditionelle Heizung, z.b. ländlicher, verglaster Gang. Die Unterdecke und die Hinterwand speichern die Energie. Im Sommer wird er zu heiß, im Winter isoliert er Wärme. Die ganzjährige Heizungsersparung kann auch % sein. Trombe-Wand : Erfindung des französischen Architekten Felix Trombe. Statt des Sonnenraumes kommt ein dünner Luftraum vor der Energiespeicher-Wand. Im Sonnenschein lässt man die Luft zirkulieren, in der Nacht aber nicht. Die Mittel der passiven Energie-Ausnutzung : Die richtige Orientierung des Gebäudes : damit kann man die aus der direkten und der diffusen Strahlung stammende Energie erhöhen. Die Verminderung des Wärmeverlustes : das Volumen des gegebenen Gebäudes macht man zweckmäßig mit Minimaloberfläche. Die zweckmäßigen, ästhetischen Überlegungen können damit entgegengesetzt sein. Wärmeisolierung : die verschiedenen Elemente des Gebäudes sollen möglichst die gleiche Wärmeisolier- Fähigkeit haben. Überlegte Lüftung : die übermäßige Lüftung verursacht auch überflüssigen Wärmeverlust, deshalb bedeutet eine Lösung z.b. der in den Fensterrahmen eingebaute, auf Luftfeuchtigkeit öffnende Fensterladen. Die Betreibung der Windkraftwerke Heute kennen wir die Windkraftwerke als Stromproduktionslösungen, aber wir müssen auch die Ausnutzung der Windenergie mit mechanischen Systemen erwähnen. Solche Lösungen sind : Wasserpumpe mit Windenergie (in den Niederlanden haben diese eine große Rolle) oder Umwälzanlage mit Windenergie (zur Lüftung der Fischteiche), eventuell das Windrad, das zur Lüftung der Abwasserteiche den Kompressor treibt. Bei diesen Lösungen wird die Drehbewegung des Windrades mit mechanischen Versetzungen zu den getriebenen Elementen weitergegeben. Außerordentlich einfache, wirksame und wirtschaftliche Lösungen. Die stromproduzierenden Windkraftwerke sind bekannter, deshalb beschäftigen wir uns mit diesen, im Weiteren. Die Windkraftwerke betreibt man im allgemeinen auf zweierlei Arten : Der produzierte Strom wird im Inselbetrieb, zu eigenen Ziele, unabhängig von der gemeinnützigen Verteilungsnetz genutzt. Der ans Netz geschaltete Strom, das heißt der sich ans 30 A napenergia-hasznosítók Die Sonnenenergie-Ausnutzer A szélerőművek üzemeltetése Die Betreibung der Windkraftwerke 31

17 műszaki (generátor típus, csatlakozási pont, védelmi funkciók stb.), jogi (Villamos Energia Törvény, vonatkozó rendeletek, az áramszolgáltató üzletszabályzata), gazdaságossági. A hálózati csatlakozásnál a következő paramétereket kell folyamatosan ellenőrizni : feszültség, áramerősség, frekvencia. Ha bármely paraméter a megengedet határokon kívüli értéket vesz fel, a szabályozás a berendezést lekapcsolja a hálózatról. A szélenergia hasznosítása igen sok tényezőtől függ. A kisteljesítményű, (néhány kw) berendezések a lokális energiaellátásban vehetők számításba. Ilyen kis teljesítmény esetében a kis-, egyedi fogyasztó igényeinek kielégítése lehet a cél olyan esetben, amikor a nagy áramellátó rendszerekhez csatlakozás hosszú vezeték építését tenné szükségessé. Ilyenkor a létesítés akkor indokolt, ha a vásárolt áram árát a vezeték és a csatlakozás olyan mértékben drágítja, hogy az egyébként drága szélenergia használata mégis indokolt. A kisberendezések alkalmazásánál a szélenergia-hasznosítás minden problémája jelentkezik. A kisberendezés rotor tengelye csak néhány méter magasan van, itt a szélsebesség még viszonylag kicsi. A szélenergia az eseti energiaforrások közé tartozik, azaz vagy van elegendő szélenergia, vagy nincs, ugyanakkor a fogyasztó energiaigénye folyamatos. Az ellentmondás jelenleg energiatárolóval oldható meg. Kis szélturbina használatakor a termelt áramot egyenirányítják, akkumulátorokra (azok töltéséhez) vezetik. Az akkumulátorokról inverter közbeiktatásával a fogyasztó igényeit ki lehet elégíteni. A rendszer tehát viszonylag bonyolult, ezért drága, és a rendszerelemek előállítása energiaigényes, az akkumulátorok gyártása-üzemeltetése és használatból kivonása komoly környezeti károkat is okoz, tehát a kis szélturbinák alig tekinthetők tiszta energiaforrásnak. A nagyteljesítményű szélturbinák megjelenését követően a vízszintes tengelyű forgórészes, 0,5-2 MW teljesítményű berendezések terjedtek. Ezek 20 kv feszültségű hálózatokhoz csatlakoztathatók. Az ilyen feszültségű hálózat viszonylag sűrű, a fogyasztók közvetlen áramellátásához használ 220 / 380 V feszültségű hálózatokhoz transzformátorokkal kapcsolódnak. Így lehetőség van arra, hogy a szélturbina hálózathoz csatlakozzon, de lehetőség van a szigetüzemre is. (ez esetben ha termel a turbina, ellátja a transzformátorkörzetet, ha nem termel, a fogyasztók a hálózatról kapnak áramot).a szélenergia hasznosításának gazdaságosságát igen nagy mértékben befolyásolja a csatlakozó vezeték hossza. Az utóbbi időben a nagyteljesítményű (5-10 MW) berendezések terjednek, 100 m-t meghaladó tengelymagassággal. Az ok az, hogy a nagyobb magasságban kedvezőbbek a széljellemzők. A gépek nagyobb teljesítménye nagyobb üzemi feszültség mellet termelődik. ezért ezek a szélturbinák csak nagyobb feszültségű hálózatra csatlakoztathatók (nagyobb csatlakozási távolsággal). A csatlakozási költség úgy csökkenthető, 14. ábra Abbildung 14. Kisteljesítményû szélturbina képe. gemeinnützige Verteilungsnetz angeschlossene Strom. Den Anschluss kann man auch so machen, dass man mit dem Windgenerator beide Betriebsarten lösen kann. Beim Anschluss des Windgenerators ans Netz muss man diese Gesichtspunkte beachten : technische (Generatortyp, Anschlusspunkt, Schutzfunktionen usw.) rechtliche (Stromgesetz, entsprechende Verordnungen, das Geschäftsreglement des Stromversorgers) wirtschaftliche. Beim Anschluss ans Netz müssen folgende Parametern ständig kontrolliert werden : Spannung Stromstärke Frequenz Wenn ein Parameter nicht den erlaubten Wert aufnimmt, schaltet die Regelung die Einrichtung vom Netz ab. Die Ausnutzung der Windenergie hängt von vielen Faktoren ab. Die Einrichtungen mit kleiner Leistung (einige kw) sind in der lokalen Energieversorgung wichtig. Im Fall der so kleinen Leistung ist das Ziel, die Ansprüche der Kleinbenutzer zu befriedeigen, wenn der Anschluss an die großen Stromversorgungssysteme den Bau langer Leitung benötigt. In diesem Fall ist die Errichtung begründet, wenn die Leitung und der Anschluss den Preis des gekauften Stromes so teuer macht, dass die Nutzung der teuren Windenergie doch begründet ist. Bei der Verwendung der kleinen Einrichtungen kommen alle Probleme der Windenergie-Ausnutzung vor. Die Rotorwelle der kleinen Einrichtung ist nur einige Meter hoch, hier ist die Windgeschwindigkeit noch relativ klein. Die Windenergie gehört zu den eventuellen Energiequellen, das heißt es gibt entweder genug Windenergie oder nicht, zugleich ist der Energieanspruch des Benutzers konstant. Dieser Widerspruch ist zur Zeit mit Energiespeicher zu lösen. Bei der Verwendung der kleinen Windturbine wird der produzierte Strom gleichgerichtet, auf Akkumulatoren geführt. Von den Akkumulatoren mit der Einschiebung eines Inverters - können die Ansprüche des Benutzers befriedigt werden. Das System ist also relativ kompliziert, deshalb teuer, die Produktion der Systemelemente braucht viel Energie, die Produktion und die Betätigung und die Einziehung der Akkumulatoren verursachen bedeutende Umweltschäden, also sind die kleinen Windturbinen kaum reine Energiequellen. Nach den Windturbinen mit großer Leistung verbreiteten sich die Einrichtungen mit horizontaler Welle, mit der Leistung von 0,5-2 MW. Diese können an den Netzen mit der Spannung von 20 kv. Das Netz mit solcher Spannung ist relativ dicht, es schließt sich mit Transformatoren an die Netze mit großer Spannung 220 / 380 V, die für die direkte Energieversorgung der Benutzer genutzt wird. So kann sich die Windturbine ans Netz anschließen, aber Inselbetrieb ist auch möglich. (In diesem Fall, wenn die Turbine Strom produziert, versorgt die Transformatorumgebung, wenn sie keinen Strom produziert, bekommen die Benutzer Strom vom Netz.) Die Wirtschaftlichkeit der Ausnutzung der Windenergie wird durch die Länge der Leitung sehr beeinflusst. In den letzten Zeiten verbreiten sich die Einrichtungen mit großer Leistung (5-10 MW), mit mehr als 100 m Wellenhöhe. Der Grund dafür ist, dass die Windkennwerte höher günstiger sind. Die größere Leistung der Maschinen produziert sich bei größerer Behogy nagyobb összteljesítmény eléréséhez szélfarmban több turbinát üzemeltetnek. Ilyen esetben a szigetüzem már nem alkalmazható. A szélenergia hasznosításának előnyeit és korlátait összevetve ma még számos megoldandó probléma gátolja a gyors terjedést. Ezek közül néhány : A hasznosítható szelek tulajdonságai a klímaváltozás következtében változóban vannak. A jövőben egyre nagyobb szélsebességekkel számolhatunk. Ez nem feltétlen előny, hiszen a szélturbinák az 5-13 m / s szélsebességek mellett termelnek, kisebb értékeknél kicsi a hatásfok, nagyobb sebességeknél a gép védelme céljából a turbinát a szélhatásból ki kell léptetni, tehát áramot nem tud termelni. A szélerőművek a továbbiakban sem lehetnek sem alap-, sem menetrendtartó erőművek, tehát az általuk termelt áram (ha nem megfelelő időszakban keletkezik) nem hasznosítható és nem értékesíthető. A termelt energia tárolását kell megoldani, vagy a szélenergia hasznosítását kell szüneteltetni. Ez a gépek kihasználtságát jelentősen csökkentheti. A szélturbinák szerepét aszerint kell megítélni, hogy szigetüzemben, vagy hálózatra termel. Szigetüzemben a felhasználó igényei a meghatározók, hálózatra termelés (vagy hibrid kapcsolatban) a hálózat igényei a meghatározók. Az eseti üzemmódban folyó szélenergia-hasznosítás (áramtermelés) lehetséges mértéke a villamos hálózatban jelen levő teljesítmény függvénye. Nagymértékben ingadozó, és nagy rátáplált teljesítmény esetében az erőművek nem képesek a teljesítményingadozást követni, ezért a hálózat szabályozatlanná válik, szétesik. Nagy és összehangolt hálózatok esetében újabb szélerőművek hálózatra csatlakozását annak függvényében engedélyezik, hogy egyidejűleg milyen állandó (stabil) villamos teljesítmények kapcsolódnak. Bild einer Windturbine mit kleiner Leistung. triebsspannung, deshalb sind diese Windturbinen nur ans Netz mit größerer Leistung anzuschließen. (mit Größerer Distanz) Der Anschlusspreis ist so zu vermindern, dass mehrere Turbinen auf der Windfarm betätigt werden, um größere Leistung zu erreichen. In diesem Fall kann man den Inselbetrieb nicht mehr verwenden. Bei der Ausnutzung der Windenergie gibt es noch zahlreiche Probleme, die die schnelle Verbreitung verhindern. Hier einige davon : Die Eigenschaften der nutzbaren Winde ändern sich wegen des Klimawechsels. In der Zukunft kann man mit immer größeren Windgeschwindigkeiten rechnen. Das ist nicht unbedingt ein Vorteil, die Windturbinen produzieren bei Windgeschwindigkeiten von 5-13 m / s, bei niedrigeren Werten ist der Wirkungsgrad klein, bei größeren Windgeschwindigkeiten kann man die Turbine aus der Windwirkung ausnehmen, wegen des Maschinenschutzes, also sie kann keinen Strom produzieren. Die Windkraftwerke können auch im Weiteren keine Grundwindkraftwerke, und keine planmäßigen Windkraftwerke sein, also der Strom, den sie produziert haben, (wenn er nicht in der geeigneten Periode entsteht) ist nicht auszunutzen, und nicht zu verkaufen. Die Speicherung der produzierten Energie muss gelöst werden, oder die Ausnutzung der Windenergie muss unterbrochen werden. Das kann die Ausnutzung der Maschinen bedeutend vermindern. Die Rolle der Windturbinen muss danach beurteilt werden, ob sie im Inselbetrieb oder fürs Netz produzieren. Im Inselbetrieb sind die Ansprüche der Benutzer bestimmend, im Fall der Produktion fürs Netz (oder im Hybridkontakt), die Ansprüche des Netzes. Das mögliche Maß der Ausnutzung der Windenergie im eventuellen Betrieb (Stromproduktion) hängt von der Leistung im Netz. Im Fall der sehr instabilen und zugegebenen Leistung sind die Kraftwerke nicht fähig, der Leistungsinstabilität zu folgen, deshalb wird das Netz 32 A szélerőművek üzemeltetése Die Betreibung der Windkraftwerke A szélerőművek üzemeltetése Die Betreibung der Windkraftwerke 33

18 A szélenergia áramtermelésben történő hasznosítását egyre inkább a sziget-üzemmódban támogatják. Magyarországon 25 MW alatti teljesítmény részesül átvételi támogatásban. A szélenergia hasznosítását a jövőben kapcsolni kell az egyéb megújulós energiatermeléssel. A szélturbinával termelt áram kombinált üzemmódban (pl. biogázzal végzett áramtermelés) gyakorlatilag menetrendtartó áramtermeléssé tehető, és így a hálózatra csatlakozás sem okoz nagy problémát. Nagyobb léptékben ilyen megoldás lehet a tározós / turbinás vízerőmű, amelynél a tározóba a szélenergiával termelt áramfelesleggel is szivattyúznak vizet, és csúcsfogyasztás időszakában a vizes turbinákon keresztül ürített vízzel termelnek áramot. A geotermális energiák hasznosítása A geotermális energia a Föld belső részében végbemenő nukleáris folyamatok révén újratermelődő, és gyakorlatilag kimeríthetetlen. Hasznosítására számos lehetőség van, annak függvényében, hogy hordozóközeg közbejöttével jutunk hozzá, vagy a kinyeréséhez speciális technológiákat alkalmazunk. A kevésbé elterjedt, de a jövőben minden bizonnyal alkalmazandó az a megoldás, melyben a magas hőmérsékletű rétegben természetes körülmények között létrejött, vagy mesterségesen létrehozott (robbantás) üregekbe hőhordozót nyomunk, amely ott felmelegszik, és egy arra alkalmas módon a hőhordozót a felszínre hozva annak energiatartalmát kinyerjük. A lehűtött hőhordozó visszasajtolásra kerül, tehát a rendszer zárt. Jelenleg egyszerűbb megoldások is rendelkezésre állnak, ezért ezek alkalmazása ma még elterjedtebb. A legkézenfekvőbb megoldás az, ha a természetes földmélyi vízáramok vagy tárolt vizek (rezervoár) energiatartalmát hasznosítjuk. A Föld mélyebb rétegeibe kerülő víz felmelegszik, mélyben nagy nyomás alatt nagy energiatartalomra tesz szert. A több ezer méter mélységben levő víz több száz fokra ( C) melegszik fel, és ha a réteget fúrással elérjük, nagynyomású gőzként tör a felszínre. Ilyen esetben a gőzzel turbina hajtható meg, amely áramot termel. Egy ilyen megoldás egy kivételi ponton 10-40MW villamos teljesítmény előállítását is lehetővé tenné. Ilyen lehetőséggel Magyarország is rendelkezik, de a kitermelés, és mindenek előtt a fáradt gőz kondenzációja közben kiváló ásványi anyagok kezelése igen nagy problémákat okoz. Elterjedtebb és gazdaságosan használható az a megoldás, amikor a hőhordozó forró víz, és pozitív kútból (nyomás hatására felszínre tör a víz) kinyerve hasznosítható. Korábban mezőgazdasági üzemekben növényházak fűtésére, lakótelepek fűtésére, nagy közösségi létesítmények (pl.kórház) energiaellátására használták. Ha a forró víz vagy a melegvíz káros anyagokat nem hoz magával, akkor tisztítás nélkül ungeregelt, es zerfällt. Im Fall der großen und zusammengestimmten Netze wird der Anschluss ans Netz weiterer Windkraftwerke nur so erlaubt, welche stabilen Leistungen sich gleichzeitig anschließen. Die Ausnutzung der Windenergie in der Energieproduktion wird immer mehr im Inselbetrieb unterstützt. In Ungarn wird die Leistung unter 25 MW unterstützt. Die Ausnutzung der Windenergie muss in der Zukunft mit der anderen immer vorhandenen Energieproduktion verbunden werden. Der mit der Windturbine produzierte Strom im kombinierten Betrieb kann praktisch zur planmäßigen Energieproduktion gemacht werden, so verursacht der Anschluss ans Netz auch kein großes Problem. So eine Lösung kann die Wasserkraftwerk mit Turbine oder Speicher, wo man in den Speicher auch mit dem mit der Windenergie produzierten Stromüberfluss Wasser pumpt, und Strom wird in der Zeit des Spitzenverbrauches mit durch Wasserturbinen ausgelassenem Wasser produziert. Die Ausnutzung der geothermischen Energien Die geothermische Energie produziert sich wieder durch Nuklearprozesse im Inneren der Erde, und ist praktisch unerschöpflich. Es gibt zahlreiche Mö glichkeiten, sie auszunutzen, es hängt davon ab, ob wir dazu durch Trägermittel kommen, oder wir verwenden spezielle Technologien, sie zu gewinnen. Die weniger verbreitete aber in der Zukunft zu nutzende Lösung, wo wir in die Höhlung, die in der heißen Schicht, unter natürlichen oder künstlichen Bedingungen entstanden ist, Wärmeträger drücken, der da sich erwärmt, und wir bringen den Wärmeträger auf die Erdoberfläche, damit wir den Energiegehalt gewinnen können. Der gekühlte Wärmeträger kommt zur Zurückpressung, also ist das System geschlossen. Zur Zeit stehen auch einfachere Lösungen zur Verfügung, deshalb ist die Ausnutzung dieser Lösungen heute noch verbreiteter. Die einfachste Lösung ist, wenn wir den Energiegehalt der tiefen, natürlichen Wasserströmungen oder gespeicherten Wassers ausnutzen. Das in die tieferen Schichten der Erde kommende Wasser erwärmt sich, gewinnt großen Energiegehalt unter großem Druck. Das Wasser, das in der Tiefe von mehreren 1000 m ist, erwärmt sich auf mehrere 100 Grad, und wenn wir diese Schicht mit Bohrung erreichen, es kommt auf die Erdoberfläche als Dampf mit großem Druck. In diesem Fall kann eine Turbine mit Dampf angetrieben werden, der Strom produziert. Eine solche Lösung würde an einem Punkt MW Strom ermöglichen. Eine solche Möglichkeit hat auch Ungarn, aber die Produktion, und vor allem die Behandlung der Mineralstoffe, die sich während der Kondensation des Abdampfes austrennen, große Probleme verursachen. Die Lösung ist verbreiteter und wirtschaftlich nutzbar, wenn der Wärmeträger heißes Wasser ist, und es kann vom positiven Brunnen gewonnen, und ist auszunutzen. Die geothermische Energie wurde früher in landwirtschaftlichen Betrieben für Heizung der Pflanzenhäuser, der Wohnblöcke oder Krankenhäuser genutzt. Wenn das a hőcserélőkbe vihető, és az energia kinyerése után sem igényel utókezelést. Ilyen esetben a termálvíz felhasználása igen gazdaságos. Az ásványi anyagokat és gázokat is felszínre hozó termálvizek felhasználását a szigorodó környezetvédelmi előírások igen nagy mértékben korlátozzák. Az olyan termálvizet, amely az engedélyezhetőnél több ásványi anyagot tartalmaz, vissza kell sajtolni abba a rétegbe, ahonnan kitermelésre került. Ez a követelmény a környezetvédelmen túl a mélységi vízkészletek védelmét is szolgálja. Természetes, hogy a technológia teljesen zárt, azaz a visszasajtolt víz a hasznosítás közben nem szennyeződhet. Ez a megoldás lényegesen drágább, mint a korábbi elfolyatásos, hiszen az energiatermeléshez két, egymástól megfelelő távolságban levő kútra van szükség, és a visszasajtolás is igen energiaigényes. Új eljárásként megjelent a termálvíz és a hőszivattyú együttes használata. Olyan termálvizek esetében, amelyek hőmérséklete alacsony (Pl C), a hőhasznosításhoz (pl. fűtés) hőszivattyút építenek a rendszerbe. Ilyen esetben (ha az ásványianyag-tartalom tűréshatár alatt van) a hőszivattyúval lehűtött víz közvetlenül szabad vízfolyásba vezethető, a hőszivattyú pedig a hőt a fűtőkör hőcserélőjében adja le. A geotermiának egészen speciális esetei is ismertek. Pl. a pozitív kútból nagy nyomással különféle gázokat (CO 2, CH 4 ), stb.) is tartalmazó termálvíz tör fel. A technológiában ilyen esetben a gázokat leválasztják, és pl. a CO 2 ipari gázként hasznosítható. A CH 4 fűtőgázként vagy gázmotor hajtására használható fel. A víz hőenergia-tartalmát fűtésre (több fokozatú) használják. Ilyen esetben a CH 4 -el hajtott motorral termelt áram felhasználható a visszasajtoláshoz, a gázmotor hője pedig a termálvíz hőenergiájával együtt hasznosítható. Többlépcsős hőhasznosítás és a vízben kedvező ásványi-anyagok jelenléte esetén a víz balneológiai célra is felhasználható, és az onnan távozó víz szennyvízként kezelendő. Magyarország geotermális energiákban igen gazdag, így ennek az energiafajtának a hasznosítása a műszaki lehetőségek fejlődésével és a kombinált hasznosítási technológiák kidolgozásával / elterjedésével gyors ütemben növekedhet. Energiatermelés hőszivattyúval A hőszivattyú olyan berendezés, melynek segítségével a környezet hőenergiáját elvonjuk s azt fűtésre, vagy hűtésre használjuk. Ehhez szükséges egy zárt rendszer, melyet gázzal töltünk fel. A rendszer részei : a párologtató tartály, melyből gyorsan engedjük ki a nyomás alatti gáz egy részét, ezzel hőt tudunk elvonni a tartály környezetéből. Ez a környezeti hőenergia azonban még önmagában elég alacsony hőmérsékletre melegíti a gázt, ezért a környezeti hő által felmelegített kisnyomású gázt összenyomjuk, így annak hőmérséklete megemelkedik. A gáz összenyomását egy egyszerű kompresszor segítségével megoldhatjuk. heiße Wasser oder das warme Wasser keine schädlichen Stoffe mitnimmt, kann es ohne Reinigung in den Wärmetauscher gebracht werden, und es braucht auch nach der gewonnene Energie keine Nachbehandlung. In solchem Fall ist die Ausnutzung des Thermalwassers sehr wirtschaftlich. Die Verwendung des Thermalwassers, das auch Mineralstoffe und Gase auf die Oberfläche bringt, wird durch die immer strengeren Umweltvorschriften stark behindert. Das Thermalwasser, das mehr Mineralstoffe enthält, als erlaubt ist, muss zurück in die Schicht gepresst, woher es stammt. Diese Anforderung dient außer dem Umweltschutz auch für den Schutz der Wasservorräte in der Tiefe. Natürlich ist die Technologie ganz geschlossen, das heißt, das zurückgepresste Wasser kann während der Ausnutzung nicht beschmutzt werden. Diese Lösung ist viel teurer als die frühere abfließende Methode, zur Energieproduktion braucht man zwei Brunnen, die voneinander in geeigneter Distanz sind, und die Energiezurückpressung braucht auch viel Energie. Als neue Methode erschien die gemeinsame Verwendung des Thermalwassers und der Wärmepumpe. Wo die Temperatur des Thermalwassers niedrig ist (z.b Grad), wird eine Wärmepumpe ins System für Wärmeausnutzung (z. B. für Heizung) eingebaut. In diesem Fall (wenn der Mineralstoffinhalt unter der Toleranzgrenze ist) kann das mit Wärmepumpe gekühlte Wasser direkt in den freien Wasserlauf geführt werden, die Wärmepumpe gibt die Wärme im Wärmetauscher des Heizkreises ab. Es gibt ganz spezielle Fälle von Geothermie. Z.B. vom positiven Brunnen bricht mit großem Druck Thermalwasser auf, das auch verschiedene Gasen enthält, (CH 4, CO 2 ). In der Technologie werden die Gasen im solchen Fall abgetrennt, und z.b. ist das CO 2 als Industriegas auszunutzen. Das CH 4 kann als Heizgas oder für Antrieb von Gasmotoren verwendet werden. Der Wärmeenergieinhalt des Wassers wird für Heizung (in mehreren Stufen) verwendet. In diesem Fall ist der Strom, der mit CH 4 getriebenem Motor produziert wurde, für Zurückpressung verwendbar, die Wärme des Gasmotoren nutzt man mit der Wärmeenergie des Thermalwassers zusammen. Im Fall von Wärmenutzung in mehreren Stufen und von der Anwesenheit der günstigen Mineralstoffe im Wasser kann das Wasser auch für balneologische Ziele verwendet werden, und das ausgelassene Wasser muss als Abwasser verwendet werden. Ungarn ist reich an geothermischen Energien, so kann die Ausnutzung dieser Energieart mit der Entwicklung der technischen Möglichkeiten und mit der Ausarbeitung / Verbreitung der kombinierten Ausnutzungstechnologien schnell wachsen. Energieproduktion mit Wärmepumpe Die Wärmepumpe ist eine Einrichtung, mit deren Hilfe die Wärmeenergie der Umwelt weggenommen, und sie für Heizung oder für Abkühlung genutzt wird. Dazu braucht man ein geschlossenes System, das wir mit Gas aufladen. Die Teile des Systems : der Verdampferspeicher, woraus wir schnell einen Teil des Gases, das unter Druck ist, auslassen, damit können wir Wärme von dem Umwelt des Speichers wegnehmen. Diese Umweltwärmeenergie allein erwärmt das Gas auf niedrige Temperatur, deshalb 34 A geotermális energiák hasznosítása Die Ausnutzung der geothermischen Energien Energiatermelés hőszivattyúval Energieproduktion mit Wärmepumpe 35

19 Az összenyomás során a gáz cseppfolyóssá válik, azaz a részecskék potenciális energiája megnövekszik. Ennek a magas hőmérsékletű cseppfolyós gáznak a hőjét un. kondenzátoron keresztül leadjuk egy másik közegnek, pl. a fűtendő víznek. A folyamatot körfolyammá tesszük azzal, hogy a kondenzátor másik oldalán a cseppfolyósított gázt visszavezetjük abba a tartályba, ahol a környezet hőjét vonjuk el. Gondoskodni kell azonban arról is, hogy ezt a cseppfolyós gázt csak fokozatosan vezessük vissza, hogy ott az a kis nyomáson már alacsonyabb hőmérsékleten is elpárologhasson. Erre a célra egy expanziós szelepet alkalmaznak, mely a nagynyomású cseppfolyós gáznak mindig csak egy kis részét engedi át. A szelep másik oldalán megjelenő folyékony közeg alacsony nyomású és alacsony hőmérsékletű lesz. Mivel ez a hőmérséklet alacsonyabb a környezet hőmérsékleténél, ezért hőt fog elvonni onnét. A hőelvonás során viszont a folyadék elkezd párologni, azaz ismét gáz halmazállapotúvá válik. Ezt a tartályt, ahol a folyadék elpárolog, párologtatónak nevezzük. Az elpárologtatott gázt ismét összenyomjuk a kompresszorral, amitől az magasabb hőmérsékletűvé és cseppfolyóssá válik. A hőszivattyú üzemeltetéséhez olyan gázra van szükség, amelynek nagyon alacsony a forráspontja és csak nagy nyomás alatt cseppfolyósodik. Ez azért fontos, mert ha a gáz forráspontja nem elég alacsony, akkor már kis nyomáson is cseppfolyós marad, így nem kezd el párologni, azaz nem von el hőt a környezetétől. Régebben használt gázok klórtartalmuk miatt az ózonréteget nagymértékben károsították, ezért manapság már olyan gázok használata terjed, melyek amellett, hogy hasonlóan jó hatásfokkal rendelkeznek, még környezetbarát anyagok is (a hűtőkben használt gázok megfelelők). Elméletileg a vizet is használhatjuk a hőszivattyúknál, és ipari eszközöknél ez gyakori is, de itt alapfeltétel, hogy a működési hőmérséklet magas, C körüli legyen. A hőszivattyú a jövőt illetően igen fontos energetikai megoldás, mert az adott állapotban alacsony hőmérséklettel rendelkező környezeti energiát koncentrálva hasznosítható energiát szolgáltat úgy, hogy a körfolyam egyik végpontján energia-felvétel, a másikon energia-leadás történik, tehát csak a felhasználó döntésén múlik, hogy a technológiát hűtésre vagy fűtésre használják. A klímaváltozás kövekeztében egyre nagyobb szerephez jutnak a klímaberendezések, melyek lényegében hőszivattyúk, és terek hűtésére vagy fűtésére tetszés szerint használhatjuk. A hőszivattyút mint energetikai műszaki megoldást az üzemeltetés hatásfokával illetve az energia-leadás energiamérlegével jellemzik. A hatásfok az ((E fh +E e ) / E lh ) 100 összefüggéssel számítható, ahol E fh a felvett hőenergia, az E e a bevitt elektromos energia, E lh a leadott hőenergia. A hatásfok mindig kisebb mint 100 %. A felhasználó szempontjából hőszivattyút inkább az un. energiamérleg (energiatöbbszörös = E T ) jellemzi. E T = (E lh / E e ) 100 E lh a leadott hőenergia E e a bevitt villamos energia pressen wir das Gas, das die Umweltwärme erwärmt und das unter niedrigem Druck ist, so erhöht sich die Temperatur. Das Gas können wir mit einem einfachen Kompressor pressen. Durch Zusammenpressung verflüssigt sich das Gas, das heißt, die potentielle Energie der Teilchen erhöht sich. Die Wärme dieses flüssigen Gases mit hoher Temperatur geben wir durch sog. Kondensator für ein anderes Mittel z.b. für zu heizendes Wasser ab. Den Prozess machen wir zum Kreisprozess so, dass wir das an der anderen Seite des Kondensators verflüssigte Gas in den Speicher zurückführen, wo wir die Wärme der Umwelt abziehen. Man muss auch dafür sorgen, dass dieses verflüssigte Gas nur stufenweise zurückgeführt wird, damit das dort auch schon unter kleinem Druck auf niedrigerer Temperatur verdampfen kann. Zu diesem Zweck wird eine Expansionsklappe verwendet, die immer nur einen kleinen Teil des verflüssigten Gases mit Hochdruck durchlässt. Das flüssige Mittel, das an der anderen Seite der Klappe erscheint, ist unter niedrigem Druck und hat niedrige Temperatur. Da diese Temperatur niedriger ist, als die der Umwelt deshalb wird sie davon Wärme abziehen. Aber durch den Wärmeentzug beginnt die Flüssigkeit zu verdampfen, das heißt, sie wird wieder Gas. Diesen Speicher, wo die Flüssigkeit verdampft, nennen wir Verdampfer. Das verdampfte Gas wird wieder mit dem Kompressor gepresst, das bekommt höhere Temperatur und es wird flüssig. Zur Betätigung der Wärmepumpe braucht man ein solches Gas, das einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, und das sich nur unter großem Druck verflüssigt. Das ist wichtig, wenn der Siedepunkt des Gases nicht niedrig genug ist, dann bleibt es schon unter kleinem Druck flüssig, so beginnt es nicht zu verdampfen, das heißt, es zieht keine Wärme von der Umwelt. Die früher benutzten Gase schädigten die Ozonschicht wegen ihres Chlorinhaltes, deshalb verbreitet sich heute die Nutzung solcher Gase, die auch umweltfreundlich sind, (die Gase in den Kühlschränken sind geeignet). Die Gase haben auch guten Wirkungsgrad. Theoretisch können wir auch das Wasser bei den Wärmepumpen benutzen, bei den industriellen Einrichtungen kommt es oft vor, aber hier ist es Grundbedingung, dass die Funktionstemperatur hoch, Grad sein muss. Die Wärmepumpe ist in der Zukunft eine sehr wichtige energetische Lösung, denn sie gibt auszunutzende Energie so dass an einem Endpunkt des Kreises Energieaufnahme, an dem anderen Endpunkt des Kreises Energieabnahme passiert, also es hängt nur von der Entscheidung des Benutzers, ob die Technologie für Heizung oder für Abkühlung verwendet wird. Wegen des Klimawechsels haben die Klimaanlagen immer größere Rolle, die eigentlich Wärmepumpen sind, wir können sie für Heizung oder Abkühlung der Räume. Die Wärmepumpe als eine energetische, technische Lösung charakterisiert man mit dem Wirkungsgrad der Betätigung, beziehungsweise mit der Energiebilanz der Energieabnahme. Der Wirkungsgrad kann mit dem Zusammenhang ((E fh +E e ) / E lh ) 100 gerechnet werden, wo E fh die aufgenommene Wärmeenergie, die Ee die eingegebene Stromenergie, E lh die abgenommene Wärmeenergie ist. Der Wirkungsgrad ist immer kleiner als 100 %. Vom Gesichtspunkt des Benutzers charakterisiert die Wärmepumpe lieber die sog. Energiebilanz (Energievielfache : E T ). 1 Környezeti hõ 2 Elpárologtató 3 Szívóvezeték (munkaközeg gáz) 4 Elektromos energia 5 Kompresszor 6 Nyomóvezeték 7 Fûtés elõremenõ 8 Hasznos hõ 9 Fûtés visszatérõ 10 Kondenzátor 11 Folyadék vezeték (munkaközeg folyékony) 12 Expanziós szelep 13 Befúvó vezeték ábra Abbildung 15. Hõszivattyú mûködési elve. Grundprinzip der Wärmepumpe. E T értékét az határozza meg, hogy milyen hőmérsékletről milyen hőmérsékletre melegítjük fel a munkaközeget, milyen környezeti hőforrást használunk, a kompresszor elektromos vagy tisztán mechanikus, stb. A hőforrás függvényében a házak fűtésére használt hőszivattyúk energiatöbbszöröse 300 és 800 % között mozog éves viszonylatban : Ha a hőkinyerés eleme levegő, E T =300 %, talajvíz, E T =400 %, termálvíz C-os csurgaléka, E T = %. Az ipari hőszivattyúk hatásfoka ennél valamivel magasabb, mivel ott kisebb a hőmérsékletkülönbség a párologtató és a kondenzátor között. A szokásos környezeti hőforrások talajszonda, talaj kollektor, tömör hőelnyelő, kútvíz (talajvíz), levegő hő, termálvíz. A legegyszerűbb és legolcsóbb megoldás az lenne, ha a levegő hőjét hasznosítanánk, de télen, amikor igazán szükség volna a melegre, akkor a rendszer hatásfoka jelentősen csökken, s egy bizonyos hőmérséklet alatt (kb. -15 C) már nem is üzemel a rendszer. Ami minden esetben felhasználható, az a geotermikus, azaz a Föld hőenergiája. Kinyerésére több módszer ismert. Legegyszerűbbnek az ásott kutak vizében rejlő hő hasznosítása tűnik, mivel így a kút kis átalakításával illetve kibővítésével olcsón megoldható egy ház vízellátása és a fűtése. A talajvíz energiájának hőszivattyúval történő hasznosítása két módon lehetséges : nyílt rendszerű, és zárt rendszerű E T = (E lh / E e ) 100 E lh die abgegebene Wärmeenergie E e die eingegebene Stromenergie Den Wert von ET bestimmt : von welcher Temperatur auf welche Temperatur wir das Arbeitsmittel erwärmen was für eine Umweltwärmequelle wir benutzen der Kompressor ist elektronisch oder rein mechanisch usw. Das Energievielfache der Wärmepumpen, die für Heizung der Häuser genutzt werden, liegt zwischen 300 und 800 % jährlich. Wenn das Element des Wärmegewanns Luft E T =300 % Grundwasser E T =400 % % Seigerung des Thermalwassers E T = % Der Wirkungsgrad der industriellen Wärmepumpen ist ein bisschen größer, da dort gibt es einen kleineren Temperaturunterschied zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator. Die alltäglichen Wärmequellen der Umwelt : Bodensonde Bodenkollektor Massive Wärmeverschlinger Brunnenwasser (Grundwasser) Luftwärrme Thermalwasser Die einfachste und billigste Lösung wäre es, wenn wir die Wärme der Luft ausnutzen würden, aber im Winter, wenn wir wirklich die Wärme brauchen würden, dann vermindert sich sehr der Wirkungsgrad des Systems, und das System funktioniert unter ungefähr 15 Grad nicht mehr. In allen Fällen ist die geothermische Energie, das heißt, die Wärmeenergie der Erde. Es gibt mehrere Methoden, sie auszunutzen. Es kommt am einfachsten vor, wenn wir die Wärme 8 1 Umweltwärme 2 Verdampfer 3 Saugeleitung (Arbeitsmittel Gas) 4 Strom 5 Kompressor 6 Pressleitung 7 Heizung vorangehend 8 nützliche Wärme 9 Heizung zurückkommend 10 Kondensator 11 Flüssigkeit-Leitung (Arbeitsmittel flüsssig) 12 Expansions-klappe 13 Einpressungs-leitung 36 Energiatermelés hőszivattyúval Energieproduktion mit Wärmepumpe Energiatermelés hőszivattyúval Energieproduktion mit Wärmepumpe 37

20 A nyílt rendszerű megoldásnál két, egymástól elkülönített kutat kell ásni. Az egyikből a kútban lévő búvárszivattyú keringetné a vizet a párologtatón keresztül, majd a lehűtött vizet a másik kútba engedjük vissza. Az is megoldható, hogy a lehűtött vizet nem egy másik kútba, hanem a közeli álló vagy folyó vízbe engedjük. Ekkor a második kút fúrási költségeit megspóroltuk. A nyílt rendszerű talajvizes hőszivattyúnál külön oda kell figyelni a víz szűrésére és arra, hogy ne fagyjon be a rendszer. Figyelembe veendő, hogy a talajvíz hőmérséklete attól függően, hogy milyen mélyről hozzuk fel +4 és +10 C között változhat. A zárt rendszerű megoldásnál a párologtató, azaz a hőcserélő csöveit egyből a kútban helyezzük el, és a hőszivattyú munkaközege ott párolog el. A zárt rendszerű talajvizes hőszivattyú tűnik a legegyszerűbben kivitelezhetőnek, különösen ha már rendelkezünk egy fúrt kúttal. A gyakorlatban a megoldás csak akkor válik be, ha a kútból kinyert vízáram nagy (az után folyás intenzív), és az állandó vizkészlet is legalább 100 m 3. Kis vízkészlet esetében a vizet túlhűthetjük, befagyhat. A talajvízből nyerhető energiákon túl számos további lehetőség is van. Jelentős hőenergia nyerhető ki a szennyvízből, nagy hozamú vízfolyásokból, termálvizet hasznosító rendszerek elhasznált vizéből (üvegházak, fürdők, erőművek hűtőrendszerei, stb.). Jól kombinálhatók a napcsapdák és a hőszivattyúk. A napenergiát fóliasátrakkal, hőelnyelőkkel, földalatti rendszerekbe juttatva lehet tárolni, és onnan hőszivattyúval kinyerni. A technológiának igen nagy fejlesztési lehetőségei vannak. A vízenergia hasznosítása A vízenergia hasznosítása igen nagy múltra tekint vissza. A szükséges műszaki megoldás működésének alapelve (leszámítva az emelésre történő hasznosítást, pl. hajók zsilippelése) az, hogy az energia-hasznosító forgó elemen a víz szintkülönbségekből adódó nyomáskülönbségeket nyomaték létrehozására használják fel, és ezt a nyomatékot a forgó hasznosítón folyadékárammal folyamatosan fenntartva hajtóteljesítményt biztosítunk. A legjellemzőbb megoldások a lapátok, és az ezek célnak megfelelően kifejlesztett turbinák. A vízenergiát a nagy vízszintkülönbséggel rendelkező és nagy vízhozamú rendszerekben lehet jó hatásfokkal hasznosítani, mert nagy nyomású és folyadék áramú rendszerekben a víz mozgási energiái nagy átmeneti nyomatéktartalékokat is biztosítanak. Magyarországon az igen szerény vízenergia-hasznosítás a kis vízfolyások energiáinak hasznosításával, a vizek egyéb célú tárolásával (árvízvédelem, öntözés, vizes élőhelyek létrehozása), illetve az eseti energiahordozók (napenergia, szélenergia) hasznosításához hibrid technológiákban még jelentős tartalékok vannak. A kis szintkülönbségek, vagy a folyóvizek felszíni vízenergia-gépei a lapátkerekes forgórészek. Ezeknél a lapátokra ráfolyó, vagy a lapátokat toló víz nyomása hozza létre a szükséges erőt, ami a lapátkerék átmérőjének függvényében eredményez nyomatékot. Kis víztározókim Grundwasser im Brunnen ausnutzen. So können die Wasserversorgung und die Heizung eines Hauses durch eine kleine Umgestaltung beziehungsweise Ausbreitung billig gelöst werden. Die Ausnutzung der Energie des Grundwassers mit Wärmepumpen ist auf zweierlei Arten möglich : im geöffneten System im geschlossenen System Im Fall des geöffneten Systems muss man zwei, voneinander getrennten Brunnen graben. Aus einem Brunnen würde die Taucherpumpe das Wasser durch den Verdampfer zirkulieren lassen, dann lassen wir das gekühlte Wasser in den anderen Brunnen zurück. Es ist auch lösbar, dass wir das gekühlte Wasser nicht in einen anderen Brunnen, sondern in einen nahe liegenden See oder Fluss lassen. So können wir die Bohrungskosten ersparen. Bei der Wärmepumpe im Grundwasser im geöffneten System muss man auf die Filtration achten und auch darauf dass das System nicht einfriert. Es ist noch wichtig, dass die Temperatur des Grundwassers kann sic ändern, es hängt davon ab aus welcher Tiefe wir es heraufbringen Im Fall des geschlossenen Systems tun wir die Röhre des Verdampfers, das heißt des Wärmetauschers direkt in den Brunnen, und das Arbeitsmittel der Wärmepumpe verdampft da. Die Grundwasser-Wärmepumpe im geschlossenen System kommt am einfachsten vor, besonders wenn wir schon einen gegrabenen Brunnen haben. In der Praxis erfüllt sich diese Methode nur dann wenn die aus dem Brunnen gewonnene Wasserströmung groß ist (der Nachlauf ist intensiv), und der ständige Wasservorrat ist mindestens 100 m 3. Im Fall von kleinem Wasservorrat können wir das Wasser zukühlen, es kann einfrieren. Es gibt noch zahlreiche andere Möglichkeiten, außer den aus dem Grundwasser gewinnbaren Energien. Bedeutende Wärmeenergie kann aus dem Abwasser gewonnen werden, oder aus den einträglichen Wasserläufen, aus dem Abwasser der Systeme, die das Thermalwasser ausnutzen. (Heizsysteme von Glashäusern, Bädern, Kraftwerken) Gut kombinierbar sind die Sonnenfallen und die Wärmepumpen. Die Sonnenenergie kann man mit Foliengeweckshäusern, Wärmeverschlingern speichern, davon mit Wärmepumpen gewinnen. Diese Technologie hat große Entwicklungsmöglichkeiten. Die Ausnutzung der Wasserenergie Die Ausnutzung der Wasserenergie hat große Vergangenheit. Das Grundprinzip des Funktionierens der nötigen technischen Lösung (weggenommen die Ausnutzung auf Aufhebung z.b. das Schleusen der Schiffe) ist, dass die Druckunterschiede wegen der Höhendifferenze des Wassers durch Energienutzer-Drehelement zum Zustandebringen von Moment genutzt wird, und dieses Moment müssen wir durch Drehnutzer mit Flüssigkeitsstrom ständig halten, und so sichern wir Schiffsleistung. Die wichtigsten Lösungen sind die Schaufel, und die zu diesem Zweck entwickelten Turbinen. Die Wasserenergie kann in den Systemen mit gutem Wirkungsgrad ausnutzen, wo die Wasserhöhenunterschiede und die Wasserergiebigkeit groß sind. In den 16. ábra Törpe vízerõmû (Gibárt). hoz építhető egyszerű megoldások, illetve a megfelelő folyási sebességű és hozamú folyókon úszó vízerőműként hasznosíthatók. Teljesítményük csak néhány MW lehet. Külföldön (sokszor idegenforgalmi okok miatt is) néhány KW teljesítményű megoldások is terjednek. Egészen kis vízfolyásokon is alkalmazhatók, ha a víztárózás megoldható. Kisebb folyóinkon, vagy hozzájuk kapcsolódóan a jövőben vagy vízkormányzási (árvízvédelmi) vagy vízgazdálkodási (öntözés) okok miatt víztározók építése válik szükségessé. Ezekhez kapcsolódóan feltétlenül indokolt törpe vízerőművek építése, melyekben turbinák is alkalmazhatók. A tervezett víztározók (Új Vásárhelyi terv) ugyancsak lehetőséget teremtenek kiserőművek telepítéséhez. Kleine Wasserkraftwerk (Gibart) Abbildung 16. Systemen mit hohem Druck und mit Flüssigkeitsstrom sichern die Bewegungsenergien des Wassers auch große provisorische Momentreserven. In Ungarn gibt es noch bedeutende Reserven in der Wasserenergie-Nutzung, in der Nutzung der Energien der kleinen Wasserläufe, in der Speicherung des Wassers, (Hochwasserschutz, Bewässerung, Lebensräume im Wasser) beziehungsweise in der Nutzung der fallweisen Energiequellen (Sonnenenergie, Windenergie), und in den hybriden Technologien. Die oberflächlichen Wasserenergie-Maschinen sind die Drehteile mit Schaufelrad. Bei diesen gibt der Wasserdruck die nötige Kraft, wo das Wasser auf die Schaufel fließt, oder es schiebt die Schaufel. Diese Kraft ergibt das Moment, und es hängt von dem Durchmesser des Schaufelrades. Sie sind einfache Lösungen, die man zu den kleinen Wasserspeichern bauen kann, beziehungsweise können sie auf Flüssen mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit und Ertrag als schwimmende Wasserkraftwerke genutzt werden. Ihre Leistung kann nur einige MW sein. Im Ausland (oft wegen Fremdenverkehrs) verbreiten sich auch Lösungen mit Leistung von einigen KW. Sie können auf ganz kleinen Wasserläufen verwendet werden, wenn die Wasserspeicherung lösbar ist. Auf unseren kleineren Flüssen oder im Zusammenhang mit ihnen müssen wir Wasserspeicher bauen, in der Zukunft wegen Wassersteuerung (Hochwasserschutz), wegen Wasserwirtschaft (Bewässerung). Man muss unbedingt kleine Wasserkraftwerke bauen, in denen man auch Turbinen verwenden kann. Die geplanten Wasserspeicher (Neuer Vásárhelyi-Plan) ermöglichen den Bau der kleinen Kraftwerke. A vízenergia hasznosítása Die Ausnutzung der Wasserenergie 38 A vízenergia hasznosítása Die Ausnutzung der Wasserenergie 39